В декабре 1993 консорциум of Ingham, McMahon и Tabin сообщили о выделении у позвоночных гена гомолога Drosophila hedgehog (Hh) и назвали три мышиных Hh гана Shh, Desert hedgehog (Dhh) и Indian hedgehog (Ihh) (1-3). Теперь появилось множество тщательных обзоров по передаче сигналов Hh и её роли в болезнях человека (4-12).

Гены Hh кодируют секретируемые сигнальные молекулы, которые играют критическую роль в многочисленных процессах развития. Генетический анализ у Drosophila выявил большое количество Hh-сигнальных компонентов, которые играют регуляторную роль в расширении восприятия, а также интерпретации Hh сигналов (Table 1). Помимо того, ряд новых регуляторных молекул Hh пути был идентифицирован у позвоночных (Table 2).

Hh подвергаются существенным пост-трансляционным модификациям, чтобы дать зрелые сигнальные молекулы Hh-Np (processed N-терминальный фрагмент Hh). Эти модификации включают автокаталитическое расщепление и добавление cholesterol и palmitate частей (Fig. 1). Имеющиеся доказательства показывают важность липидных модификаций для высвобождения и транспорта Hh (9, 13). Модифицированный липидами Hh ассоциирует с липидными платформами (14), что является важным для регулируемого экзоцитоза и секреции сигнальных молекул. Известно, что Shh, лишенный cholesterylation и palmitoylation, неспособен достигать липидных платформ и не может формировать растворимые мутимерные белковые комплексы (15). Установлено, что мультимерный Shh свободно диффундирует и скорее всего участвует в передаче дально-действующих сигналов (16). Palmitoylation of Hh катализируется с помощью предполагаемой acyltransferase (17-20), которая необходима для генерации активных Hh белков у Drosophila. Анализ мутантных мышей, лешенных активности этого энзима, иллюстрирует важность palmitoylation для образования биологически активных Hh мультимеров и передачи дально-действцющих сигналов Hh (15). У Drosophila и мышей, 12-раз пронизывающий мембрану белок Dispatched, который обнаруживает строгое сходство последовательностей с Hh рецептором Patched и членами сверхсемейства прокариотических RND permease, является существенным для высвобождения Hh из Hh-продуцирующих клеток (17, 21-24). Мутационный анализ эволюционно законсервированных остатков, которые важны для функции permease



Fig. 1. A model of sonic hedgehog (Shh) signal transduction showing interactions within and between cells secreting Shh, cells receiving Shh and cells at a distance (not receiving Shh). Left, In the signaling cell, a mature Shh-N protein is generated through cholesterylation and palmitoylation. A multimer of Shh-N is associated with lipid rafts and released by Dispatched (Disp). Middle, Through the actions of glypicans, multimeric Shh-N is transported to the receiving cell where it is received by the receptor Patched (Ptc) or the coreceptor Megalin. Binding of Shh to Ptc relieves Patched-mediated inhibition of Smoothened (Smo), allowing the pathway to be activated. In these cells, the Gli activator enters the nucleus and upregulates Ptc1 and Gli1 transcription. Right, In cells not receiving Shh, Ptc represses Smo, the Gli repressor is present in the nucleus и Ptc1 and Gli1 transcription is prevented. For details, please refer to text and descriptions in Tables 1and 2.

показал, что Dispatched действует механистически одинаково с RND permeases и функционирует как специфический транспортер для Hh (24).

Два белка с трансмембранным (TM) доменом, Patched (Ptc) и Smoothened (Smo), участвуют в восприятии сигнала Hh. В отсутствие Hh сигнала Hh-связывающий рецептор Ptc ингибирует сигнальный компонент Smo (Fig. 2). Как Hh устраняет Ptc ингибирование Smo остается неясны, хотя известно, что Hh модифицирует фосфорилирование, стабильность и субклеточное распределение Smo (6, 25). В клетках Drosophila млекопитающих Hh интернализуется с помощью Ptc посредством эндосом dynamin-зависимым способом, что сопровождается лизосомной деградацией Hh-Ptc комплекса (26, 27). Эта интернализация и деградация Hh с помощью Ptc предопределяет доступность Hh и являются критическими для установления градиента белка Hh (28, 29). Установлено, что интернализация Hh с помощью Ptc не является существенной для передачи сигналов Hh и показано, что Hh-секвестрирующая функция Ptc отделима от его сигнальной функции (29).

Генетический анализ Drosophila выявил важную роль Heparan sulfate proteoglycans (HSPG) в перемещении Hh. Мутации в гене Drosophila семейства EXT, tout velou (ttv), sister of tout velou (sotv) и brother of tout velou (botv), нарушают передачу сигналов Hh (30-34). Важно, что эти мутации затрагивают также передачу сигналов Decapentaplegic (Dpp) и Wingless (Wg), указывая тем самым, что HSPGs необходимы для нормального распределения различных морфогенов (32). Гены EXT человека, EXT1 и EXT2, являются генами опухолевых супрессоров, которые оказываются мутантными при наследственных множественных экзостозах, болезни ассоциированной с разрастаниями костей (35). Этот фенотип избыточного роста может быть связан с дерегуляцией передачи сигналов Ihh, что важно для развития хондроцитов. Гены EXT кодируют copolymerase, которая необходима для синтеза цепочек HSPG glycosaminoglycan. Glypican белки у дрозофилы, Dally и Dally-like (Dlp), как было установлено, являются субстратами ttv и важны для перемещения от клетки к клетке Hh



Fig. 2. Model for the regulation of Ci processing and degradation by Hh in wing and eye discs. Left, Anterior cells at a distance from the Anterior-Posterior compartment boundary (Boundary cell) of wing discs or in cells anterior to the morphogenic furrow (MF) of eye discs (MF cell), Ci-155 is part of the HSC complex consisting of Su(fu), Cos2 и Fu. Ci-155 is phosphorylated by PKA, GSK3, and CK1a and processed to generate the transcriptional repressor, Ci-75. Left Middle, In cells anterior to the boundary cells of the wing disc or anterior to the MF in the eye disc, Ci-155 is processed to form Ci-75. Hyper-phosphorylated Ci-155 is targeted for complete degradation mediated by an SCF E3 complex containing Slimb, Debra, Skp1, Cul1, Nedd8 и Roc1a. Right Middle, High levels of Ci-155 accumulate at boundary cells and morhogenic furrow cells. Hh binds to Ptc and relieves repression of Smo. Smo signals downstream to block Ci phosphorylation and processing. Ci-155, a transcriptional activator, translocates to the nucleus. Right, In cells posterior to the MF of eye discs (Posterior cell), Ci-155 is completely degraded. Posterior degradation of Ci-155 is phosphorylation-independent and requires a Cul3 containing E3 complex.

(36). Активность Dlp необходима также для передачи сигналов Hh в Hh-воспринимающие клетки (37, 38), указывая тем самым, что эти Glypican белки могут играть дополнительную важную роль как ко-рецепторы для Hh. Роли Glypican белков у позвоночных в передаче сигналов Hh остаются неизвестными, но было показано, что Shh взаимодействует непосредственно с др. гликопротеинами внеклеточного матрикса, включая vitronectin и fibronectin (39). Интересно, что vitronectin способствует Shh-индуцированной дифференцировке спинальных моторных нейронов (39), но ингибирует Shh-индуцированную пролиферацию гранулярных клеток мозжечка (40).

Некоторые Hh-связывающие белки позвоночных, как было показано. играют регуляторную роль в передаче сигналов Hh. Связанный с мембраной гликопротеин glycoprotein, Hedgehog-interacting protein (Hip), был выявлен благодаря его высокому сродству взаимодействия с Shh, Ihh и Dhh (41). Экспрессия Hip активируется с помощью передачи сигналов Shh, a генетический анализ показал, что Ptc и Hip частично перекрываются по своим функциям ослабления передачи сигналов Hh (41, 42). Секретируемая форма Hip как оказалось является антагонистом передачи сигналов Hh в культивируемых клетках; однако его физиологическая роль остается неясной (43).

Др. Hh-связывающим белком является в 45-kDa glycosylphosphatidylinositol (GPI)-сцепленный мембранный гликопротеин Growth arrest specific-1(Gas1 ), который первоначально был идентифицирован как регулятор роста, который останавливал ход клеточного цикла при избыточной экспрессии в культивируемых клетках (44). Интересно, что хотя избыточная экспрессия Gas1 и ослабляет передачу сигналов Hh in vitro, но мутантный анализ не выявил ни повышенной реакции Hh , ни усиленного роста. Вместо этого Gas1-мутантные мыши обнаруживали снижение роста многих тканей (45-47), подтверждая важность функции Gas1 в пролиферации клеток. Функционирует ли Gas1 в качестве негативного регулятора передачи сигналов Hh in vivo ещё предстоит установить.

Megalin (gp330) является членом семейства рецепторов низкой плотности липопротеинов и участвует в эндоцитозе лигандов (48). Интересно, что мыши, лишенные megalin обнаруживают аномалии нейронов, сходные с таковыми у мышей, дефицитных по передачи сигналов Shh (49). Биохимический анализ показал, что megalin служит в качестве эндоцитоитического рецептора для Shh-N (50). Важно, что т.к. megalin соединяется с Shh-N с таким же сродством, что и Ptc, он не направляет Shh-N на лизосомную деградацию. Эти генетические и биохимические данные подтверждают, что megalin играет позитивную роль в передаче сигналов Hh, служа как ко-рецептор для Hh.

В клетках Drosophila реакция Hh опосредуется с помощью цитоплазматического комплекса, известного как Hedgehog Signaling Complex (HSC), состоящего, по крайней мере, из 4-х белков, включая Gli transcription factor Cubitus interruptus (Ci), serine/threonine protein kinase Fused (Fu), Suppressor of fused (Su(fu)) и kinesin-like protein Costal2 (Cos2) (51). Механизмы передачи сигналов Smo к HSC всё ещё неясны. В некоторых исследованиях показано непосредственное взаимодействие между Cos2 и Smo, указывающее на то, что Cos2 может связывать активированный Smo сHSC (52-55). Интересно, что Cos2 м. также ассоциировать с клеточными мембранами Hh-чувствительным, Smo-независимым способом (56). Локализация Smo играет важную роль в передаче сигналов Hh signaling; активированный Smo располагается в плазматической мембране, тогда как Smo обнаруживается в дискретных эндосомных пузырьках, когда путь неактивен (25, 57). Возможно. что Cos2 регулирует активность пути, контролируя локализацию Smo и HSC (51). Хотя гомологи Ci, Fu и Su(fu) идентифицированы у позвоночных (6), но их роль в HSC в клетках млекопитающих ожидает изучения.

Gli/Ci является ядерным передатчиком сигналов Hh и может функционировать ка или транскрипционный активатор или репрессор. Баланс между Gli активаторной и репрессорной функциями скорее всего специфицирует степень реакции Hh путем тонкой настройки включения и выключения транскрипции специфических наборов генов мишеней для Hh. В отсутствие Hh, HSC вовлекается в частичную деградацию Ci в C-терминально укороченную репрессорную форму с помощью SCF E3 комплекса, содержащего Slimb, Roc1a, и Cul1 (58-60), и этот процесс тонко регулируется с помощью фосфорилирования PKA, GSK3, и CK1 (61, 62). Установлено, что деградация белка также важна для контроля за уровнем Ci полной длины. В задних клетках глазных имагинальных дисков, Ci полностью деградирует с помощью ubiquitin/proteasome пути посредством Cul3 Hh-зависимым способом (60). Ci-связывающий белок Debra обеспечивает polyubiquitination и лизосомную деградацию Ci полной длины в некоторых передних клетках крыловых имагинальных дисков (63). Все эти наблюдения иллюстрируют важность деградации белка для спецификации соотв. уровней Ci активатора и репрессора (Fig. 2).

У позвоночных передача сигналов Hh опосредуется с помощью трех Gli транскрипционных факторов (Gli1, Gli2 и Gli3). Биохимический и генетический анализ показал, что Gli1, Gli2 и Gli3 играют самостоятельные, а также перекрывающиеся роли в передаче сигналов Hh у млекопитающих (7). У мышей Gli2 и Gli3 являются первичными медиаторами передачи сигналов Hh, тогда как Gli1 действует вторично, усиливая активность пути. Генетические и биохимические исследования показали, что Gli2 и Gli3 могут выполнять как активаторные, так и репрессорные функции. Одинаково с Ci, укороченный Gli3 репрессор может генерироваться путем частичной деградации (64). Однако, протеолитическое расщепление Gli3, по-видимому, необходимо не абсолютно для его репрессрной функции, т.к. полной длины Gli3 может репрессировать транскрипцию в культивируемых клетках. Укороченная форма Xenopus Gli2 может быть выявлена у трансгенных мух, но доказательства укороченного Gli2 репрессора в развивающихся эмбрионах позвоночных всё ещё отсутствуют (65). Хотя Gli2, по-видимому, осуществляет большинство активаторных функций (66), но полная дерепрессия некоторых Hh генов мишеней, таких как Pax9, может быть выявлена только у мышиных эмбрионов, лишенных и Gli2 и Gli3, указывая тем самым. что Gli2 также выполняет минорную роль в качестве репрессора (67; unpublished observations). Полной длины Gli2 может функционировать как репрессор, рекрутируя histone deacetylase комплексы посредством Su(fu) и/или Sno (68, 69). Напротив, Gli3 является главным транскрипционным репрессором передачи сигналов Shh во время развития мышей (70,71), но его активаторная функция может быть легко установлена на мутантном фоне отсутствия Gli2, это указывает на то, что Gli3 обладает перекрывающейся активаторной функцией (72, 73). Необходимы дальнейшие исследования для идентификации регуляторных механизмов, контролирующих активаторную и репрессоную функции Gli2 и Gli3.

Идентифицировано несколько новых регуляторов передачи сигналов Hh у позвоночных. Генетический анализ показал, что Sil, который кодирует 150-kDa цитозольный белок (74) и FKBP8, член семейства immunophilin (75), модулируют передачу сигналов Shh. При скрининге мутантных мышей, дефектных по формированию дорсо-вентрального паттерна нервной трубки, выявлен Rab23, член семейства Rab везикулярных транспортных белков, а также некоторых intraflagellar транспортных белков, как было показано. регулирует передачу сигналов Shh у ранних эмбрионов мышей (76, 77). Остается определить, выполняют ли эти компоненты эволюционно законсервированные регуляторные функции в передаче сигналов Hh.

Holoprosencephaly (HPE) является распространенным онтогенетическим нарушением у людей, характеризующимся неполным расщеплением переднего мозга во время эмбриогенеза (78, 79). Производные переднего мозга, такие как талямус и гипофиз, также могут развиваться аномально при HPE. Более того, HPE ассоциирует с умственной отсталостью и аномальным черепно-лецевым развитием, включая циклопию, образование proboscis и расщепление губ и нёба. Это этиологически гетерогенное нарушение связано со средовыми и генетическими факторами. Средовые влияния на HPE впервые наблюдались при циклопии и тяжелых формах HPE, которые появлялись у ягнят, рожденных от овец на ранчо области Rocky Mountain на западе США. В последних был выявлен ряд общих растений, corn lily Veratrum californicum, в качестве обвиняемого. Эти растения продуцируют два стероидных алкалоида,, cyclopamine и jervine (Table 4; Fig. 5), оба действуют непосредственно на передачу сигналов Shh (80). Сходным образом делеции, missense и nonsense мутации в Shh происходят более часто у HPE пациентов и подтверждают идею, что гаплонедостаточность Shh может вызывать HPE (81-86). Хотя Shh^-/- мыши и дают циклопию и слияние полушарий головного мозга, но Shh^-/- не обладают HPE (87; Fig. 3a), это указывает на то, что развитие переднего мозга у людей более чувствительно к изменениям в передаче сигналов Shh. Благодаря анализу мутантных мышей, стало ясно, что потеря функции Shh приводит к отсутствию Gli активаторной функции, а также к увеличению Gli репрессорной функции. В согласии с мнением, что точное соотношение функций Shh-зависимого Gli активатора и репрессора необходимо для нормального развития переднего мозга и черепно-лицевого развиития, может наблюдаться полный спектр HPE, от тяжелых (Shh^-/-), средних (Shh^-/-;Gli3^+/-) (88), до слабых (Gli2^-/-; Gli3^+/-) форм (R. Mo & C. Hui, unpublished observation; Fig. 3). Недавно было показано, что missense мутации SHH, обнаруживаемые у HPE пациенитов, имеют пониженную активность по формированию вентрального нейрального паттерна (89), это подтверждает мнение, что HPE вызывается пертурбациями формирования дорсо-вентрального паттерна нервной трубки. Др. члены сети передачи сигналов Shh также участвуют в возникновении HPE, включая PTCH (90) и Gli2 (91) у людей,



Fig. 3. Shh-dependent Gli activator and repressor functions are required for normal craniofacial development. (a-i) Embryonic day 14.5 (E14.5), mutant mice of Shh, Gli2 и Gli3 exhibit different craniofacial malformations. While Shh-/- embryos show drastic reduction of the forebrain and exhibit cyclopia [the most severe form of holoprosencephaly (HPE)], Gli3-/- embryos exhibit exencephaly with overgrowth of the forebrain. Reduction of Gli3 dosage gradually alleviates the midline defects of Shh-/- mutants, indicating that the HPE phenotype is due to increased Gli3 repressor function. Conversely, reduction of Gli activator function in mice also result in mild HPE, such as fusion of the incisors observed in Gli2-/-; Gli3ю/- mice. e, eye; i, incisor.

и Megalin (49), Sil (74) и Smo (92) у мышей. Важно отметить, что мутации в SHH ассоциированы также с др. кажущимися неродственными болезнями, такими как несиндромальная colobomatous microphthalmia (93) и solitary medianmaxillary central incisor (94), обусловленными многоликостью функций Shh в развитии млекопитающих.

Brachydactyly представлена группой наследственных аномалий рук, обычно характеризующихся укорочением фаланг или metacarpals. Два типа brachydactyly ассоциируют с мутациями в IHH: Brachydactyly type-A1 (аутосоно доминантная)(95) и acrocapitofemoral dysplasia (аутосомно рецессивная) (96, 97). Интересно, что хотя эти состояния имеют разные способы наследования, оба они связаны с missense мутациями в N-терминальной области Ihh. У мышей, Ihh является важным для пролиферации хондроцитов и обязателен для дифференцировки остеобластов эндохондрального скелета (98). Установлено, что Ihh способствует остеогенезу в сочетании с bone morphogenetic proteins и это указывает на то, что Ihh действует на бипотенциальные клетки остеохондро-предшественников, которые располагаются внутри перихондральной области, чтобы обеспечивать спецификацию остеобластов, ингибируя альтернативный путь к хондроцитам (99). Было бы интересно проверить, обусловлен ли brachydactyly фенотип дисбалансом хондрогенеза и остеогенеза, вызываемого мутациями IHH.

Разрегулированная передача сигналов Ihh может также приводить к аномальному росту и формированию паттерна скелетных элементов при др. синдромах у людей. Наследственные множественный экзостозы являются аутосомно доминантным нарушением костей, характеризующихся присутствием множественных доброкачественных ограниченных хрящами опухолей (exostoses) и повышенным риском возникновения злокачественных chondrosarcoma, и связаны в основном с укорачивающими мутациями в генах EXT1 и EXT2 (35). Анализ гипоморфных мутаций EXT1 у мышей подтвердил, что EXT1-зависимый синтез HSPG ослабляет передачу сигналов Ihh и что экзостозы вызываются повышенной передачей сигналов Ihh (100). Синдром избыточного роста Simpson-Golabi-Behmel является X-сцепленным нарушением со скелетными аномалиями, вызываемыми мутациями потери функции в одном из Glypican генов, GPC3 (101). Т.к. роль этих молекул в передаче сигналов Hh у позвоночных остается неизвестной, то их вовлечение в передачу сигналов Ihh строго подтверждается наблюдениями, что их аналоги у Drosophila необходимы для распространения и восприятия сигналов Hh.

Hirschsprung disease (HSCR), или врожденный кишечный аганглионоз, является распространенным наследственным нарушением, вызывающим закупорку кишечника (102). Он характеризуется отсутствием ганглиолярных клеток вдоль кишечника варьирующей длины и часто ассоциирует с др. врожденными уродствами, что указывает на его сложную генетическую этиологию. Исследования мутаций у мышей показали, что Shh и Ihh выполняют специфические и перекрывающиеся функции в развитии кишечника (103, 104). Ihh^-/- мыши имеют лишенный ганглиев толстый кишечник, указывая тем самым, что передача сигналов Hh может играть роль в патогенезе HSCR. Более того, HSCR иногда обнаруживается вместе с аномалиями дистальных частей конечностей и др. скелетными аномалиями, сходными с теми, что вызываются мутациями в IHH а также с HPE и аноректальными нарушениями, которые ассоциируют со снижением передачи сигналов Shh (102). Пока не установлена главная роль мутаций IHH в этиологии HSCR (105), возможно, что IHH или Shh действуют как модифицирующие гены при возникновении HSCR (Table 3).

Partial gonadal dysgenesis (PGD) характеризуется односторонним отсутствием семенников, персистенцией структур Мёллеровых протоков и варьирующей степенью генетической двухсмысленности (106). Интересно, что гомозиготные missense мутации в инициирующем кодоне Dhh были сцеплены с 46,XY PGD с minifascicular нейропатией (107, 108). У мышей, Dhh экспрессируется на высоких уровнях в клетках Сертоли развивающихся семенников и в Шванновских клетках периферических нервов, а инактивация Dhh ведет к стерильности мышей и аномалиям периферических нервов (109, 110). Эти наблюдения строго подтверждают критическую роль предачи сигналов Dhh при дифференцировке семенников самцов и для развития оболочек периферических нервов у людей.

Синдром Gorlin (Nevoid basal cell carcinoma syndrome) является аутосомно доминантным нарушением, характеризующимся предрасположенностью к развитию basal cell carcinomas (BCC) кожи и разнообразных др. типов опухолей (medulloblastoma, ovarian fibroma, meningioma, fibrosarcoma, rhabdomyosarcoma и cardiac fibroma), а также врожденных аномалий головного мозга и скелетной системы (111). Мутации, инактивирующие PTCH были идентифицированы при синдроме Gorlin (112, 113) а также в высоком проценте спорадических BCC и medulloblastomas (114-117), это указывает на то, что PTCH1 действует как опухолевый супрессор и что активация сигнального пути Hh способствует возникновению опухолей. Дальнейшим подтверждением мнения, что синдром Gorlin вызывается гаплонедостаточностью (haploinsufficiency) PTCH, являются гетерозиготные Ptc1-мутантные мыши, обнаруживающие аномалии развития, сходные с таковыми, наблюдаемыми у пациентов (118, 119). Кроме того, эти животные дают опухоли головного мозга (118), мягких тканей (119) и кожи (после облучения УФЛ; 120), указывая тем самым, что PTCH в самом деле является опухолевым супрессором. Интересно, что мутации потери функции в гомологе Su(fu) человека, SUFUH, были обнаружены как у пациентов с синдромом Gorlin, так и при спорадических medulloblastomas, которые лишены PTCH1 мутаций (121). Это указывает на то, что аномальная активация передачи сигналов Hh благодаря др. генетическим нарушениям может вызывать онтогенетические нарушения и опухоли, сходные с таковыми, вызываемыми мутациями потери функции PTCH1, и вполне возможно, что мутации др. компонентов сигнального Hh пути также могут вносить вклад в этиологию синдрома Gorlin.

Второй Ptc ген, Ptc2/PTCH2, существует у млекопитающих (122-126). Ptc2 обнаруживает самостоятельный паттерн экспрессии в отличие от Ptc1 и экспрессируется на высоком уровне в нескольких тканях, таких как кожа и мозжечок, где аномальная активация передачи сигналов Hh индуцирует туморогенез. Однако, PTCH2, по-видимому, не является главной причиной BCC и medulloblastoma, хотя изредка мутации PTCH2 обнаруживались при этих опухолях (125). В противоположность ранней эмбриональной гибели Ptc1 нулевых мышей (118, 119), Ptc2-мутантные мыши были жизнеспособны и обнаруживали едва зементный фенотип (Nieuwenhuis et al., unpublished observation). Недавнее исследование подтвердило, что Ptc2 обладает функциональными свойствами, отличными от Ptc1 (127). Интересно, что законсервированный сайт расщепления с помощью caspase может быть найден в C-терминальной области Ptc1 белков человека, мышей и кур, а избыточная экспрессия Ptc1 может стимулировать апоптоз в отсутствие Shh (128). Эти наблюдения открывают неожиданную роль Ptc1 как рецептора про-апоптической зависимости, указывая на то, что потеря про-апоптической функции Ptc1 может вносить вклад в туморогенез. Хотя физиологическая роль этих находок ожидает дальнейших исследований, важно отметить, что Ptc2 не содержит этого сайта расщепления каспазой в С-конце. Это расхождение может объяснить, почему Ptc2 не может компенсировать потерю функции Ptc1 в развитии и туморогенезе.

Gli (Gli1) первоначально рассматривался как амплифицированный онкоген при glioblastomas (129, 130). Так, транскрипционная мишень передачи сигналов Hh, экспрессия Gli1 усиливается в большинстве чувствительных к Hh опухолей (131). Избыточная экспрессия Gli1 и Gli2 м. вызывать возникновение опухолей у трансгенных мышей (132, 133), но Gli1 безразличен для развития мышей, а Gli2, по-видимому, может компенсировать потерю функции Gli1 (134-136). Мало известно об участии GLI1 и GLI2 в болезнях людей. Слияние 3' части GLI1 с β-actin геном ACTB было описано в нескольких случаях pericytoma с t(7;12), гистологически самостоятельной группой доброкачественных опухолей мягких тканей (137). Недавно идентифицирован ряд мутаций GLI2 при некоторых HPE-подобных синдромах и было предположено, что GLI2 является



Fig. 4. A gradient of Gli3Rep along the anterior-posterior axis of the developing limb bud is essential for normal patterning of the distal limb. (a) Preaxial polydactyly in Gli3ю/- and Gli2ю/-; Gli3ю/- adult forelimbs. Although Gli2ю/- limbs are comparable to wildtype, Gli2ю/-; Gli3ю/- limbs frequently show a more severe form of polydactyly than Gli3ю/- limbs, suggesting that Gli2 may act as a minor repressor during limb development. (b) Model indicating the importance of establishing a precise Gli3Rep gradient along the anteroposterior axis in the developing limbs. Shh is expressed in the posterior limb mesenchyme (zone of polarizing activity) and contributes to the generation of a Gli3Rep gradient through both transcriptional and post-transcriptional mechanisms. Through transcriptional repression of Gli3 and inhibition of Gli3 processing, an anteriorhigh-posteriorlow Gli3Rep gradient is established in the developing limb bud (64). Perturbation of this gradient in Shh and Gli3-mutant mice leads to severe limb anomalies. The oligodactyly phenotype of Shh-/- limbs is due to high levels of Gli3Rep throughout the developing limb buds, whereas the absence of Gli3Rep in Gli3-/- limbs causes severe polydactyly. Though Gli3Rep/Rep mice constitutively generate Gli3Rep, Gli3 transcription is likely repressed by Shh in the posterior limb bud resulting in an abnormal Gli3Rep gradient. Consistent with the Gli3Rep gradient model, an abnormal limb pattern, which display central polydactyly, is found in Gli3Rep/Rep mice. Arrows indicate abnormal digit patterning. A, anterior; P, posterior.

Fig. 5. Key steps in the cholesterol biosynthetic pathway. Enzymes catalyzing final steps in cholesterol biosynthesis are indicated. Teratogens or mutations affecting these enzymes are indicated in the corresponding color for each enzyme. Double arrows indicate multiple steps omitted.

аутосомно доминантным геном чувствительности к болезни, критическим для развития переднего мозга и лица человека (91). Однако, т.к. мутантные GLI2 белки, которые были использованы в функциональном анализе в выше указанном исследовании, не содержат известного N-терминального репрессионного домена, найденного в Gli2 белке мышей (138, 139), то возможно, что эти GLI2 мутации могут быть в доминантных репрессорах передачи сигналов Hh, сходных с теми, что найдены у рыбок данио (140).

В противоположность GLI1 и GLI2, мутации GLI3 были обнаружены, по крайней мере, в пяти доминантных нарушениях, включая Greig cephalopolysyndactyly (141), Pallister-Hall syndrome (142), postaxial polydactyly type-A (143, 144), autosomal dominant preaxial polydactyly type-IV (144) и acrocallosal syndrome (145, 146). Эти синдромы совершенно самостоятельные онтогенетические аномалии, но всё ещё обладают дефектами конечностей, подчеркивая важность GLI3 в развитии конечностей. Shh экспрессируется в зоне поляризующей активности зачатков развивающихся конечностей и играет важную роль в развитии и формировании паттерна конечностей (87). Интересно, что мыши, лишенные и Gli1 и Gli2 не обнаруживают существенных фенотипов конечностей, это говорит о том, что Shh-зависимая Gli активаторные функции не являются критическими для формирования паттерна нормальных конечностей (134). Напротив, уменьшение дозы Gli3 приводит к драматическим изменениям в формировании паттерна дистальных частей конечностей (Fig. 4) (139). Уменьшение дозы Gli3 может постепенно восстанавливать рост и формирование паттерна дистальных частей конечностей у Shh^-/- мышей, подтверждая, что тяжелый oligodactyly фенотип конечностей Shh^-/- обусловлен повышенной функцией Gli3 repressor (Gli3Rep) (Fig. 4; 148, 149). Установлено, что благодаря транскрипционной репрессии Gli3 и ингибированию Gli3 протеолиза в Gli3Rep в задней мезенхиме конечностей, Shh генерирует градиент Gli3Rep вдоль передне-задней оси развивающихся конечностей (64; Fig. 4). Эти наблюдения иллюстрируют важность Shh-регулируемого градиента Gli3Rep в формировании паттерна дистальных частей конечностей1 и помогают объяснить, почему мутации в GLI3 часто приводят к уродствам конечностей.

With a better understanding of Hh signal transduction, the list of human syndromes associated with aberrant Hh signaling is likely to grow. As described in this review, there are many novel components of vertebrate Hh signal transduction, and their involvement in congenital malformations remains to be investigated. For example, some of the congenital malformations previously associated with cholesterol metabolism are now attributed to aberrations in Hh signal transduction (5, 12, 142, 150). As cholesterol modification plays an important role in the biosynthesis, distribution, and reception of the mature Hh proteins, genetic and chemical factors that affect Fig. 5. Key steps in the cholesterol biosynthetic pathway. Enzymes catalyzing final steps in cholesterol biosynthesis are indicated. Teratogens or mutations affecting these enzymes are indicated in the corresponding color for each enzyme. Double arrows indicate multiple steps omitted. Nieuwenhuis and Hui cholesterol metabolism can lead to abnormalities in various Hh-dependent developmental processes. As illustrated in Fig. 5 and summarized in Table 4, these defects can occur at the level of cholesterol biosynthesis or at the level of Shh signal transduction. Furthermore, as we have reviewed previously, aberrant Hh signaling may also be associated with other less defined malformations, such as the VACTERL association (7). For developmental biologists, useful information will be learnt from studies of human congenital malformations. Conversely, clinical geneticists will find developmental biology as a necessary tool for understanding many genetic disorders.