Клиническое значение врожденных пороков сердца (CHD) это обычное введение при описании разного типа экспериментов, использующих животные модели для изучения развития сердца (e.g., Conway et al., 2000; Kirby and Sahn, 2010; Linask and Huhta, 2010; Rosenquist et al., 2010) или исследуя популяции человека в отношении ВПС (e.g., Botto et al., 2001; Hoffman and Kaplan, 2002; Pierpont et al., 2007; Hobbs et al., 2010; van der Linde et al., 2011).

CHD наиболее распространенные врожденные дефекты во всем мире, затрагивают 1-10% от живых новорожденных (эта вариабельность результат исследований разных популяций, отличающихся по критерию включения разных типов CHD в данные анализа, вариации в чувствительности инструментов, используемых для обнаружения CHD, и др. факторов).

CHD наиболее распространенная причина смертности у детей в США и Европе.

Совокупная цена CHD в долларах или евро это сотни миллионов ежегодно.

Считается, что большая пропорция мертворожденных результат CHD, так что действительное количество CHD д. быть значительно больше.

Детальнее см. Talner (1998), Wren et al. (2000), Boneva et al. (2001), Lee et al. (2001), Hoffman and Kaplan (2002), Koppel et al. (2003), Aamir et al. (2007), Mahle et al. (2009), and Knapp et al. (2010).

Это тревожное состояние остается неизменным много лет. Фактически общая величина CHD увеличивается, по-видимому, из-за более чувствительной диагностики (Berrey and Helman, 1949; Lambert et al., 1965; van der Linde et al., 2011). Считается, что прогресс затруднен тем фактом, что происхождение большинства CHD или неполностью известны или, по крайней мере, трудно обнаружимы из-за сложности ген-средовых взаимодействий, вносят вклад в их этиологию (e.g., Shaw et al., 1992; Finnell et al., 2002, 2007; van Beynum et al., 2007; Goldmuntz et al., 2008; Zhu et al., 2009; Rosenquist et al., 2010; Brent, 2004).

Van Mil et al. (2010) подсчитали, что 80% или более врожденных уродств являются результатом взаимодействий между легкими генетическими вариациями и внешнесредовыми воздействиями. Это вполне правдоподобно. CHD , которые являются частью идентифицируемых синдромов или не синдромальных нарушений одиночных генов, по-видимому, составляют небольшую пропорцию от всех CHD (Pierpont et al., 2007; Wolf and Basson, 2010). Поскольку влияние модифицируемых факторов риска обычно невозможно измерить в отсутствие любых взаимодействий ген-среда, то существует лишь немного установленных факторов риска, которые могли бы быть столь мощными, что генетическую составляющую можно бы в действительности игнорировать при подсчете риска (напр., thalidomide или некоторые ретиноиды) (Jenkins et al., 2007). Такие фармакологические бомбы обнаруживаются редко и можно предположить, что они вносят вклад намного меньше, чем в 10% CHD. Brent (2004) утверждают, что 10% врожденных дефектов приписываются внешнесредовым причинам, хотя основания этого чрезвычайно специфического утверждения не достаточно документированы. Всё это учитывается, однако, в настоящее время можно твердо сказать, что минимум 80%, приведенные van Mil et al. (2010) пригодны в качестве путеводной линии для определения роли взаимодействий ген-среда, как причины CHD. Чрезвычайная сложность межгенных и ген-среда взаимодействий в развитии только начинает оцениваться (Finnell et al., 2004, 2008; Zhu et al., 2009; van Mil et al., 2010; Hobbs et al., 2011; Mahler and Butcher, 2011).

Несмотря на это имеются доказательства, что основная фракция случаев CHD может в существенной степени зависеть от общего их источника, а также в перспективе предположительно они могут быть предупреждены. Эта цепь доказательств базируется в первую очередь на двух важных открытиях, одно касается влияния недостатка folate или его добавления на исходы развития и др. касается роли нервного гребня в развитии сердца (сегодня известного как "cardiac" нервный гребень, Kirby et al., 1985). Это хорошо изучено (напр, в отношении добавления folate, Bazzano, 2009; в отношении кардиального нервного гребня, Hutson and Kirby, 2003).

REVIEW OUTLINE

Обзор будет сфокусирован на соединении этих двух ключевых вопросов, т.к. они оказывают существенное во многих случаях одновременное влияние на наше понимание регуляции развития сердца и появление CHD. Основными темами являются: (1) почему в большинстве случаев конотрункальные CHD возникают в результате некоторых нарушений развития кардиального нервного гребня; (2) почему кардиальный нервный гребень очень чувствителен к folate, к изменениям генов, связанных с folate, и продуктом цикла folate homocysteine; и (3) почему перинатальные добавления folate влияют на здоровье населения и оказывают большое влияние на предупреждение конотрункальных дефектов.

Folate and Neural Crest Basics

В первой части будет предоставлен краткий обзор фундаментальных биохимических и фармакологических исследований фолатов. Вторая часть будет суммировать кардиального нервного гребня в развитии сердца.

Mechanisms for the Impact of Folate Upon the Cardiac Neural Crest

В этой части суммируются биологические и молекулярные механизмы с участием фолатов, которые специфичны или имеют специальное значение для развития кардиального нервного гребня.

FOLATE BASICS

Сначала определим термины. В тексте понятие "folate" используется как тип абревиатуры или сокращения, которое включает ряд родственных компонентов, которые сходны по своей конечной биологической активности, как было рекомендовано Ferre et al. (1990). Тем, кто хочет понять больше о биохимии, фармакологии и метаболизме фолатов, рекомендую исчерпывающие тексты Litwach (2008) или Preedy (2012).

Термин "folic acid" применяется к полностью окисленному синтетическому соединению, которое также известно как pteroylglutamic кислота или pteroylmonoglutamic acid (PGA) помимо многих др. названий. Фолиевая кислота является стабильной и может храниться длительный период в качестве порошка или в капсулах и таблетках, , следовательно, она пригодна для приема с пищей, тогда как преобразованные (reduced) формы, которые возникают естественным образом в пище, не могут долго храниться. Окисленная форма фолиевой кислоты не является биоактивной и после поглощения с пищей восстанавливается до di- и tetra-hydrofolates, биоактивных форм.

Наиболее распространенным восстановленным фолатом в сыворотке или эритроцитах человека является N-(5)-methyltetrahydrofolate; это та самая форма, которая обычно измеряется клинически. Следовательно, можно сказать, что добавление в пищу фолата (в виде фолиевой кислоты) может приводить к увеличению циркулирующего в крови фолата (в совершенно иной, восстановленной форме N-[5]-methyltetrahydrofolate).

Фундаментальная метаболическая роль фолатов и цикл фолатов известны с 1960s (Fig. 1) (см. исторический анализ у Hoffbrand and Weir, 2001 и Litwach, 2008).

A RELATIONSHIP BETWEEN FOLATE AND CONGENITAL DEFECTS

Фолаты открыты в зеленых лиственных (or foliated) овощах в 1941 (отсюда название) (rev. Hoffbrand and Weir, 2001), синтезированы в 1943 (Hoffbrand and Weir, 2001) и впервые описаны вредные эффекты от дефицита фолатов на развитие сердечно-сосудистой системы вскоре после этого, при использовании плодов крыв в качестве модели (Nelson et al., 1952, 1955; Baird et al., 1954). Эксперименты одной и той же группы были четко разработаны с использованием комбинации пищевого ограничения и примитивных антагонистов фолатов, чтобы индуцировать острый кратковременный дефицит фолата, ограниченный двухдневными интервалами. Дефицитная по фолату диета ограничивалась 9-11 днями беременности и оказывала основное воздействие на развитие сердца (Monie et al., 1957; Monie and Nelson, 1963). Почти все эти дефекты были аномалиями тракта оттока, затрагивающие в основном легочный ствол и аорту (Monie and Nelson, 1963).

Эти ранние экспериментальные наблюдения привели британских врачей R.W. Smithells и E.D. Hibbard к гипотезе, что поскольку достаточность фолата в значительной степени способствует нормальному развитию у крыс, то это также должно происходить и у людей. Гипотеза была подтверждена их первым исследованием (Hibbard, 1964; Hibbard and Smithells, 1965). Они установили, что нарушения доступности фолатов ассоциируют с увеличением врожденных дефектов у людей. Neural tube defects (NTD) составляют приблизительно 70% от всех дефектов, наблюдаемых ими у матерей с аномально низким содержанием фолатов; они не описали CHD среди остальных 30%. Далее история развивалась Smithells и его коллегами, описанна как новелла Schorah (2009) в сборнике статей, посвященных Dr. Smithells.

Во время трех декад после сообщения в 1965 Hibbard and Smithells, описана взаимосвязь между CHD и фолатами, но работы по folate/NTD преобладали. После первых работ Smithells' проведены мириады анализов на др. популяциях, с использованием др. подходов и др. временных периодов, исследования пищевых привычек беременных женщин и позднее исх способности метаболизировать фолаты, и воистину единодушно было подтверждена позитивная роль фолатов для развития нервной трубки у людей. Эти открытия привели непосредственно к решению в США и кое-где ещё, что фолаты (в виде фолиевой кислоты) должны добавляться к обычной пище. В результате в этих странах, где прием фолатов стал обязательным, дефекты нервной трубки существенно снизились. (rev. Wilson et al., 2003; Cabrera et al., 2004; Beaudin and Stover, 2007; Cordero et al., 2008; Czeizel and Banhidy, 2011; and Rofail et al., 2012. )

Общий результат добавления фолата для предупреждения NTD был охарактеризован как "a public health success story" (Obican et al., 2010). Снижение цены определено в сотни миллионов (Yunni et al., 2011), но снижение цены для людей страдающих неоценимо также и в отношении снижения CHD (see below).

Отсутствие интереса к взаимоотношению folate/CHD, изменилось в середине 1990s, когда Cziezel (1993), проводил исследование, сфокусировавшись толькно на NTD, но также открыл достоверное снижение и CHD. Позднее были предоставлены детали об эффекте добавления фолата на CHD, особенно для конотрункальных дефектов (Czeizel, 1995. 1996). Уменьшение конотрункальных CHD было подтверждено как в рандомизированных контролируемых испытаниях, так и в популяционных исследованиях случаев и в контроле (Shaw et al., 1995; Botto et al., 1996, 2000; Czeizel, 1996). Взаимодействия между фолатом и др. внешнесредовыми факторами и генетическим фоном очень сложные (Shaw et al., 2002). Как и в случае большинства сложных заболеваний отсутствует консенсус; достоверное взаимоотношение не было найдено во всех случаях между низким содержанием фолата у матерей и NTD (e.g., Hall, 1972) или между добавлением фолата и снижением риска CHD (Werler et al., 1999; Scanlon et al., 1998; Bower, 2006). Но при более тщательном анализе взаимоотношения между снижением CHD и добавлением фолата Bailey and Berry (2005), авт. пришли к заключению, что большинство доказательств подтверждает пригодность добавок фолата для снижения CHD.

Итак, для всех CHD снижение риска описывается в 50% (Czeizel, 1996, 1998), и принципиальный позитивный эффект заключается в предупреждении конотрункальных дефектов, которые составляют большую часть CHD (Shaw et al., 1995; Czeizel, 1996, 1998; Botto et al., 2000). Czeizel and Banhidy (2011) полагают, что прием фолата матерями столь же эффективен как и для предупреждения дефектов нервной трубки. В США, умеренные до тяжелых CHDs возникают приблизительно в 6 раз чаще, чем все NTD (calculated from data in Hoffman and Kaplan, 2002; Knapp et al., 2010; Division of Birth Defects and Developmental Disabilities, CDC, 2012). Следовательно, хотя имеющиеся данные показывают, что добавление фолата в целом менее эффективно для снижения CHD по сравнению с его эффектом на NTD, абсолютные количества детей, защищенных от CHD довольно высокое.

THE CARDIAC NEURAL CREST

Открытие кардиального нервного гребня (Kirby et al. 1983) и его последующее экстенсивное уточнение Kirby и его коллегами с участием со временем и многих др. революционизировало путь развития сердца и понимание CHD (see reviews by Hutson and Kirby, 2003; Stoller and Epstein, 2005; Chin et al., 2012; Keyte and Hutson, 2012). Итак, клетки нервного гребня возникающие в краниальном регионе нервной трубки существенны для нормального развития магистральных сосудов, тракта оттока и др. регионов сердца. Эти клетки кардиального нервного гребня предоставляют как структурный материал, так и програмное обеспечение , которое обязательно, и если они нарушаются экспериментально различными способами, то действительно разные конотрункальные CHD могут быть воспроизведены у человека. По-существу, все конотрункальные дефекты, которые описаны при популяционных исследованиях, связаны с нервным гребнем и некоторые CHD, которые не ассоциируют с конотрункальным развитием, тем не менее связанные с нервным гребнем, включая некоторые дефекты, которые возникают в результате пертурбаций вторичного поля (reviewed by Hutson and Kirby, 2007).

The Cardiac Neural Crest in Context

Развитие сердца характеризуется мириадом интерактивных, неразделимых и действительно взаимозависимых свойств. Вклад кардиального нервного гребня необходимо учитывать в значительной степени (see Gitler et al., 2003; de Lange et al., 2004; Waldo et al., 2005; Kirby and Hutson, 2010; Jain et al., 2011; Sizarov et al., 2012) и он не может быть полностью понят без учета, напр., его взаимодействия с развитием аортальных и пульмональных клапанов и миокарда.

The Extracellular Matrix (ECM)

Развитие кардиального нервного гребня, формирующихся створок клапанов и миокарда регулируются в основном благодаря их взаимодействию с внеклеточным матриксом. Следовательно, ECM является унифицирующей основой раннего развития в целом и развития сердца в частности.

ECM in heart development: Conway and Molkentin, 2008; Norris et al., 2009; Snider et al., 2009; Bowers and Baudino, 2010; Bowers et al., 2010; Fomovsky et al., 2010; Lockhart at al., 2011.

ECM in tissue engineering: Akhyari et al., 2008.

Development of the Valve Leaflets

Progenitor cells, epithelial-mesenchymal transformation, and formation of the endocardial cushions: Eisenberg and Markwald, 1995; Chakraborty et al., 2010; Neagu et al., 2010.

Formation of the definitive valve: Butcher and Markwald, 2007; Markwald et al., 2010; Wirrig and Yutzey, 2011; de Vlaming et al., 2012.

Heart valve regeneration and tissue engineering: Mahler et al., 2010; Judge et al., 2011; Weber et al., 2012.

Differentiation of the Myocardium

The history and the current status of the search for heart fields within the embryo: Eisenberg and Markwald, 2004; Abu-Issa and Kirby, 2007; Moorman et al., 2007; Dyer and Kirby, 2009.

The molecular mechanisms that regulate myocardial differentiation in the embryo: Conway et al., 2010; van Wijk and van den Hoff, 2010; Aanhaanen et al., 2011; Camp and Munsterberg, 2011.

Cardiac regeneration and stem cell differentiation: Kehat and Gepstein, 2003; Huang et al., 2007; Kofidis et al., 2007; Vincent and Buckingham, 2010; Barnett and van den Hoff, 2011.

DIRECT EFFECTS OF INSUFFICENT FOLATE UPON THE CARDIAC NEURAL CREST: MITOSIS AND METHYLATION

Безусловно существуют жизненно важные темы иные, чем кардиальный нервный гребень, которые заслуживают внимания исследователей, см. van den Hoff and Moorman (2000). Но фокус нашего обзора наличие более веских доказательств, которые демонстрируют следующее: (1) большинство CHD результат аномального развития тракта оттока; (2) развитие тракта оттока существенно зависит от развития кардиального нервного гребня; и (3) среди разных классификаций CHD, дефекты тракта оттока уникально чувствительны к добавлению фолата. Это общепризнанно и используется в качестве инструкций в области предсказаний и предотвращения CHD. Необходимо знание базовых механизмов, как фолаты поддерживают кардиальный нервный гребень и как снижение фолата неблагоприятно влияет на его развитие (Rosenquist and Finnell, 2001).

Индуцируемые диетой изменения в сыворотке или в уровнях RBC фолатов у людей может быть измерено спустя недели или месяцы (e.g., Cuskelly et al., 1996). Но контролируемые эксперименты на животных демонстрируют совершенно ясно, что недостаток фолата у матерей лишь в течение 48 ч может вызывать крупные структурные дефекты у эмбрионов млекопитающих, включая NTD и CHD (Nelson et al., 1952, 1955; Baird et al., 1954). Блокирование восприятия клетками нервного гребня фолата только в течение 24 ч вызывает аномальное развитие сердца у эмбрионов птиц (Rosenquist et al., 2010). Ключевой вопрос, почему недостаточность фолата имеет столь исключительный, специфический и быстрый эффект на нервную трубку и нервный гребень? Ответ заключается в роли фолата в one-carbon метаболизме: как недостаточность фолата сказывается на синтезе ДНК и митозах, с одной стороны, и на метилировании ДНК, с др. стороны; и как могут эти эффекты быть связаны с CHD?

The Classic and Most Predictable Effects of Reduced Folate, Part 1: Mitosis

Довольно хорошо известна и универсальна витальная роль фолатов в one-carbon (С₁) метаболизме и его роль в качестве инструмента доставки метильных групп для синтеза нуклеотидов (see Figs. 1 and 2). Следовательно, логично посмотреть сначала признаки чрезвычайной пролиферации, которые могут быть нарушены недостаточностью фолата. Как пре-миграторные, так и пост-миграторные клетки нервного гребня имеют высокий митотический индекс даже по сравнению с их быстро делящимися аналогами в соседних сомитах или нервной трубке (Salvarezza and Rovasio, 1997; Tierney et al., 2004; Rosenquist et al., 2010). Этот высокий митотический индекс, по-видимому, важен для окончательного успеха нервного гребня, не только для очевидной и относительно прямолинейной цели продукции критической массы клеток, но и также для их спецификации и миграции. Клетки кардиального нервного гребня, также как и клетки нервного гребня туловища д.б. детерминированы к вступлению в S-фазу, прежде чем они подвергнутся эпителиально-мезенхимному переходу, который является ключевым для их дифференцировки, а блокирование перехода этих клеток после S-1 рестрикционной точки ингибирует этот ключевой переход (Burstyn-Cohen and Kalcheim, 2002; Tierney et al., 2004) (Fig. 2).

Figure 2. Summary of the relationship between reduced availability of tetrahydrofolate and the neural crest cell cycle. For further details of the "Folate Cycle," see Figure 1. The availability of tetrahydrofolate is reduced by any impairment of folate binding and transport. Causes of impaired folate binding that have been shown to be associated with CHD are shown in the rectangle, upper left. With the loss of tetrahydrofolate, fewer methyl groups are available for DNA synthesis. Negative effects of reduced tetrahydrofolate/reduced mitosis that have been shown experimentally are summarized. NC, neural crest; methylene-THF, methylenetetrahydrofolate.

Чтобы поддерживать состояние быстрых митозов, клетки нервного гребня и дорсальной части нервной трубки нуждаются в импорте больших количеств фолата относительно из менее плодовитых соседей. Следовательно, во время нейруляции и инициальной стадии спецификации нервного гребня и миграции клетки нервного гребня и дорсальной части нервной трубки являются очень уникальными по своей экспрессии высокого сродства, GPI-закрепленных рецепторов, которые облегчают потребление и транспорт фолата (Saitsu et al., 2003; Zhu et al., 2007a, 2007b; Salbaum et al., 2009; Rosenquist et al., 2010). Любой ортолог этого рецептора буде цитироваться ниже как hFR. Следует ожидать, что пониженная экспрессия hFR будет особенно вредоносной для этих клеток, которые нуждаются в высоких уровнях фолата для поддержания свой быстрой репликации и, следовательно, в экспрессии исключительных уровней рецепторов фолата (напр., в опухолях, Niemeyer, 1948; Al Jamazz et al., 2012).

Существует три генеральных типа рецепторов фолатов или транспортеров, как обозначают Salbaum et al. (2009): высокого сродства, GPI-закрепленные рецепторы hFR; низкого сродства трансмембранные переносчики, также известные как восстановленные переносчики фолата; и купированные с протонами транспортеры фолата. Когда экспрессия или hFR или восстановленного переносчика фолата нарушена экспериментально, или у мышиных моделей с помощью технологии нокаута (Piedrahita et al., 1999; Tang et al., 2004: Zhu et al., 2007b; Salbaum et al., 2009) или у модельных эмбрионов кур с помощью целенаправленного siRNA нокдауна (Rosenquist et al., 2010), миграция кардиального нервного гребня оказывается дефектной, а развитие сердца аномальным. У мышиных моделей эмбрионы и плоды с нарушенными рецепторами фолата, развивающиеся до рождения, имеют конотрункальные дефекты в сердце, а также уменьшение миокардиальной массы (Piedrahita et al., 1999; Tang et al., 2004: Zhu et al., 2007a; Salbaum et al., 2009). У эмбрионов кур кратковременный (24-ч) нокдаун экспрессии hFR в регионе дорсальной части нервной трубки приводит к существенному уменьшению пролиферации предшественников нервного гребня и в результате к неспособности кардиального нервного гребня мигрировать в сердце (Rosenquist et al., 2010) (Fig. 3).

Т.о., имеются экспериментальные данные, которые подтверждают связь между уникальной высокой частотой митозов в кардиальном нервном гребне и пониженной доступностью фолата в критический момент времени в развитии нервного гребня. Имеются также доказательства для др., менее очевидных эффектов снижения или добавления фолата, которые не воздействуют непосредственно прямолинейно посредством фолата на синтез нуклеиновых кислот и митозы.

The Classic and Most Predictable Effects of Reduced Folate, Part 2: DNA Methylation

Критическая роль фолата в one-carbon метаболизме принимает преувеличенные размеры в отношении интерпретируемого эффекта фолата и это вполне оправдано. Дожна учитываться и возможность, что конечное влияние истощения или добавления фолата на развиие сердца является результатом изменения метилирования ДНК (Figs. 1 and 2). В начале развития у зигогот, материнский и отцовский гены подвергаются деметилированию по всему геному, затем они метилируются повторно и устанавливают новые паттерны в упорядоченной последовательности по мере продвижения дифференцировки (rev. Lepikov et al., 2008; Sanz et al., 2010). Во время этого метилирования de novo ключом для контроля нормальной спецификации и миграции нервного гребня является активность энзима DNA (cytosine-5)-methyltransferase 3a (DNMT3a) и DNMT3b (reviewed by Martins-Taylor et al., 2012).

Когда экспрессия DNMT3b экспериментально подавляется, соотв. теряется регуляция развития нервного гребня, поскольку метилирование ДНК снижается и экспрессия соотв. генов не замалчивается в виде нормального паттерна. Некоторые гены, формирующие паттерн нервного гребня, экспрессируются преждевременно и/или экспрессируются избыточно (Martins-Taylor et al., 2012), подтверждая гипотезу, что (1) снижение фолатов у матерей является фактором аномального развития кардиального нервного гребня благодаря уменьшению метилирования ДНК и что (2) часть защитного эффекта добавления фолата, как полагают, заключается в восстановлении нормального метилирования ДНК. Генеральная тема эпигнетической регуляции сердечно-сосудистого развития рассмотрена недавно (Chang and Bruneau, 2012), а возможная ассоциация глобального метилирования с NTD рассмотрена в обзоре Finnell et al. (2010).

Редуцирует или нет CHD в действительности добавление матерям фолата за счет восстановления нормального раннего эмбрионального процесса глобального и ген-специфического ре-метилирования ДНК кардиального нервного гребня не совсем ясно из имеющихся данных. Имеются сообщения о снижении глобального метилирования у матерей детей с CHDs (Chowdhury at al., 2011a, 2011b), и когда было использовано соотношение SAM к SAH (Fig. 1) в качестве суррогата глобального метилирования в сходной группе, то снижение метилирования ДНК было подтверждено (van Driel et al., 2008).

Obermann-Borst et al. (2011) также использовали соотношение SAM к SAH в качестве показателя глобального метилирования ДНК и установили признаки глобального гипометилирования у детей с CHD, тенденция особенно очевидная при CHD и синдроме Дауна.

Имеются также данные относительно метилирования ДНК при NTD. Chang et al. (2011), напр., установили глобальное гиперметилирование ДНК, происходящей из сердец плодов с NTD. Др. исследования обнаружили снижение глобального и long interspersed nucleotide element-1 (LINE-1) метилирования ДНК в нервной ткани детей с NTD (напр., Wang et al., 2010). Имеются и др. результаты для NTD, которые цитируются в др. местах этого обзора и могут предоставить генеральную основу для предсказаний о развитии тракта оттока. Его общее снижение в нейроэпителии, возникающее в результате физиологическое сходство и тесные пространственные взаимоотношения в раннем развитии указывают на то, что краниальная часть нервной трубки и премиграторный краниальный нервный гребень д. обнаруживать сходные реакции на средовую и генетическую изменчивость, возможно, что это в целом верно, напр., для защитных эффектов фолата или для различных мутаций Copp (2005). Но развитие краниальной части нервной трубки и краниального нервного гребня быстрое и дивергентное, и невозможно предсказать точный исход и в то же время нервная трубка и нервный гребень, сходные по некоторым путям, не идентичны. Напр., Conway et al. (1997) установили, хотя Splotch мыши обнаруживают NTD и CHD, их появление не связано и каждый из них возникает независимо др. от др. в популяции генетически идентичных мышей. Т.о., аномальное развитие нервной трубки д. рассматриваться как предсказательное скорее, чем диагностическое в отношении развития нервного гребня.

Данные, цитированные выше продемонстрировали аномалии метилирования у матерей детей с CHD, и в определенных тканях детей, рожденных с CHD или NTD, полученных при рождении или позже и необязательно указывают на какие-либо взаимоотношения с событиями раннего развития, которые приводят к крупным структурным дефектам. Базирующиеся на нервном гребне конотрункальные дефекты и дефекты развития нервной трубки являются результатом ошибок развития, которые возникают во время первого месяца беременности (see Liu Y et al., 2010 for further discussion). Факторы, влияющие на эпигенетическую регуляцию в целом последовательные в начале, являются прогрессивными, их эффекты зависят от дозы и обратимы (Kim, 2005). Следовательно, феномен, который возникает в раннем развитии, может или не может сохраняться позднее в течение 8 или более месяцев (Ozanne and Constancia, 2007; Jung et al., 2011).

Продолжительность и тяжесть дефицита фолата достаточные, чтобы создать гипометилирование ДНК, по-видимому, редки у человека (D'Anci and Rosenberg, 2004), и дефицит фолата умеренный или короткий по продолжительности может быть довольно распространенным, он может проявляться в гиперметилировании в результате компенсаторного усиления активности DNMT скорее, чем к гипометилированию (Kotsopoulos et al., 2008). Кроме того, дефицитом фолата управляемые альтерации в глобальном метилировании геномной ДНК могут обнаруживать в результате наличие противоположного эффекта для данного гена, обладающего потенциалом маскировки более значимых результатов (Kim, 2005).

Анализ ДНК специфических ранних эмбриональных тканей или клеток предшественников д. предоставить прямые доказательства для тестирования взаимоотношений между статусом фолатов и метилированием ДНК, особенно если анализ тканеспецифичен и ген-специфичен. Итак, данные исследований взрослых людей показали, что эффект статуса фолатов на метилирование геномной ДНК сайт- и тканеспецифичен (Kim, 2005). Однако пока аккуратное вычленение и заслуживающее доверие отделение тканей из очень небольших желеобразных нейрулирующих эмбрионов невозможно Liu et al. (2010). Наконец, интерпретация смысла индивидуального уровня метилирования по сравнению со средним уровнем, вызывает др., отличающиеся аналитические проблемы, т.к. существуют широкие обычные вариации метилирования ДНК (reviewed by Lister et al., 2009).

Итак, в настоящее время неизвестно оказывают ли влияние статус фолатов, hyperhomocysteinemia (see further discussion below) или пониженная экспрессия рецепторов фолата на метилирование ДНК в соотв. времени и месте во время раннего эмбрионального развития у экспериментальных моделей; и постулируемая роль гипометилирования ДНК при CHD или NTD человека ("methylation hypothesis," Blom et al., 2006; Finnell et al., 2010) и не подтверждена достаточно хорошо и не может быть отвергнута на основании опубликованных данных (Dominguez-Salas et al. 2012).

DIRECT EFFECTS OF INSUFFICENT FOLATE UPON THE CARDIAC NEURAL CREST: FOLATE, THE FOLATE RECEPTOR, AND DIRECT REGULATION OF KEY GENES

Имеются доказательства, что помимо своей классической и жизненно важной роли в синтезе и метилировании ДНК, фолаты и рецепторы фолатов оказывают непосредственное влияние на регуляцию генов. Понимание клеточных или молекулярных механизмов, каким образом сигнал от фолатов или одного из рецепторов фолата превращается в реакцию гена, становится важным вопросом исследований. Имеется ряд генов, которые, как было установлено, важны для регуляции развития нервного гребня (Meulemans and Bronner-Fraser 2004). Некоторые из этих генов также, как было установлено, чувствительны к фолату во время развития или в некоторых случаях при канцерогенезе. "Folate responsive gene" определяются здесь как те, чья экспрессия изменяется, когда тестируемые ткани сталкиваются с некоторыми формами фолатов. Фолаты могут модулировать или предотвращать побочные события экспрессии гена, которые могут в конечном итоге вызывать дефекты нервной трубки или сердца (e.g., Serrano et al., 2010), или помогают преодолевать эффекты нарушения транспорта фолатов, чтобы повысить жизнеспособность эмбрионов и сохранять более нормальный фенотип у выживших (e.g., Tang and Finnell, 2003; Gelineau van waes et al., 2008a, 2008b). Не все чувствительные к фолату гены, регулирующие нервный гребень, обладают эффектом, который специфичен для кардиального нервного гребня.

The following genes that are important to neural crest development have 
shown a response to folate in rapidly dividing embryonic and/or cancer cells
 (given in alphabetical order):


Bmp4 (Hutter et al., 2012);
GATA 1 (Cabelof et al., 2009);
LRP6 (Gray et al., 2010);
Notch (Evans et al., 2008; Zhang et al., 2008; Yao et al., 2009; Liu et al., 2010);
n-Cofilin (Gurniak et al., 2005; Oleinik et al., 2010);
PAX 3 (Gefrides et al., 2002; Wlodarczyk et al., 2006; Burren et al., 2008; Greene et al., 2009; Ichi et al., 2012);
PDGFR-beta (Hervouet et al., 2009);
Shh (Tang and Finnell, 2003; Gelineau-van Waes et al., 2008b);
SMAD (Warner et al., 2011);
VEGF (Zabihi et al., 2007; Lee et al., 2007);
Wnt/beta catenin (Serrano et al., 2010; M. Han et al., 2009a; S.P. Han et al., 2009b)
(although experimental manipulation of Wnt signaling can induce CHD in animal
 models, mutations that reduce the function of WNT in humans do not appear to do so; Boyles et al., 2005).

Кроме того, фолаты, как было установлено, снижают тяжесть некоторых аспектов делеционного синдрома 22q11.2 (Beksac et al., 2007), но этот эффект не был приписан изменению экспрессии какого-либо одиночного гена.

Метилирование генов часто цитируется как возможный механизм для генов, чувствительных к фолата (Cabelof et al., 2009; Hervouet et al., 2009; Serrano et al., 2010; M. Han et al., 2009a; S.P. Han et al., 2009b), но идея отягощена теми же сомнениями, что описаны выше.

Поскольку мы далеки от окончательных данных о роли метилирования, имеются также др. модели (Fig. 4). Напр., Miotti et al. (2000) описали функциональные взаимодействия между рецепторами фолатов и сигнальными молекулами, располагающимися совместно в detergent-резистентных комплексах из линии клеток овариальной карциномы. Evans et al. (2008) полагают, что рецепторы фолатов сами по себе могут выполнять сигнальную роль благодаря своему соединению с др. glycosylphosphatidylinositol (GPI)-сцепленными белками и получены данные в пользу этого предположения во время раннего эмбрионального развития Gelineau van Waes et al. (2005, 2008b). В подтверждение этой идеи список отобранных чувствительных к фолату генов (above) содержит ряд ключевых сигнальных молекул, которые, как известно, являются GPI-сцепленными и являются интерактивными, включая Notch and Wnt/beta catenin (Nagaoka et al., 2012).

Figure 4. Potential mechanisms for regulation of genes by folate and the folate receptor. The high-affinity folate receptor (hFR) is anchored by glycosylphosphatidylinositol (GPI), and when hFR is activated by bound folate it has the potential to activate signaling molecules within the plasma membrane microdomain, or lipid raft (e.g., Notch). Folate supplementation increases the expression of certain key folate-responsive genes following the release of folate from the hFR into the folate cycle (see Fig. 1). The mechanism is unknown. One possibility is via gene-specific hypermethylation of inhibitory genes (see box, bottom right).

Сфокусируемся на Notch, хорошо известно, что передача сигналов Notch является критической для развития нервного гребня, включая кардиальный нервный гребень (Niessen and Karsan 2008; de la Pompa and Epstein (2012). Хотя неизвестно, как фолаты или рецепторы фолатов оказывают свое влияние на экспрессию Notch или передачу сигналов Notch, концепция "signaling platform", которая использует формирование супрамолекулярных комплексов (rev. Hoessli et al., 2000; Staubach and Hanisch, 2011) предлагает альтернативный механизм, который не нуждается в событиях метилирования. Как hFR (Folr1 у мышей) , так и восстановленные носители фолатов (RFC1 у мышей) , по-видимому, взаимодействуют с др. белками внутри липидных платформ (Gelineau van Waes et al., 2005, 2008a, 2008b; Pisano et al., 2010). И Notch и hFR находятся внутри detergent-резистентных (Triton X-100-insoluble) комплексах (Stevens and Tang, 1997; Rietveld et al., 1999), и как и GPI-закрепленные компоненты липидных плотов могут обладать общими функциональными микродоменами, потенциально внутри кавеол, принимая во внимание, что как связанные с фолатом hFR (Zheng et al., 2010), так и связанные с рецепторами Notch (Le Borgne et al., 2005) подвергаются эндоцитозу (Fig. 4). Доставка Notch в платформы, также как и время его протеолитического расщепления являются ключевыми событиями раннего развития краниальной части нервной трубки (Muraguchi et al., 2007; Watanabe et al., 2009) и учитывая роль Notch для нервной трубки и нервного гребня (Niessen and Karsan, 2008; de la Pompa and Epstein, 2012), это также может быть важным признаком развития нервного гребня.

Как и в случае гипотезы метилирования ДНК роль сигнальных платформ для hFR, вполне правдоподобна (Evans et al., 2008) и в принципе имеет огромное значение, остаётся гипотезой, которая нуждается в большом количестве тестов в кардиальном нервном гребне per se.

INDIRECT EFFECTS OF INSUFFICENT FOLATE UPON THE CARDIAC NEURAL CREST via HOMOCYSTEINE

What Is Homocysteine and Why Do We Care?

Согласно Bazzano (2009), добавление фолата может быть эффективным в предупреждении болезней человека благодаря его снижению в сыворотке гомоцистеина или предупреждению hyperhomocysteinemia. Сложная химия и метаболизм гомоцистеина и его известная потенциальная роль в болезнях человека подробно рассмотрены в обзоре Carmel and Jacobsen (2001) и McCully (2009). В простейшем обобщении, если имеется недостаточность фолата, витамина B6 или витамина B12, то сывороточный гомоцистеин может быть повышен (Figs. 1 and 5). Поэтому важно отметить, что хотя фолат является принципиальным веществом, доставляемым с пищей и хотя имеются многочисленные данные, подтверждающие добавление фолатов как путь для поддержания нормальных концентраций гомоцистеина, а также снижения врожденных дефектов, фактически, имеются пищевые вещества помимо фолатов, напр., витамин B-6 (Hobbs et al., 2005a) и витамин B-12 (Finnell et al., 2004; Verkleij-Hagoort et al., 2007b; Brouns et al., 2008; Shaw et al., 2010), которые также заслуживают и привлекают внимание, поскольку их дефицит у матерей также увеличивает как гомоцистеин, так риск врожденных дефектов.

Хотя многочисленные полиморфизмы одиночных нуклеотидов в генах человека для энзимов в цикле folate-homocysteine не обнаруживают каких--либо строгих ассоциаций с факторами, повышающими риск CHD (Shaw et al., 2009), др. исследования продемонстрировали, что мутации в генах для определенных энзимов цикла фолатов ведут к увеличению сывороточного гомоцистеина, напр., methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR, Fig. 1) (Chen et al., 2001; Hobbs et al., 2006a, 2006b; van Beynum et al., 2006, 2007; Verkleij-Hagoort et al., 2007a) или methionine synthase reductase (MS, Fig. 1) (van der Linden et al., 2006).

Гомоцистеин является небелковой аминокислотой, которая из-за своего тиолового компонента и возникающего состояния окисления может генерировать высоко реактивные восстановленные виды кислорода. Это и др. свойства молекул гомоцистеина, обсуждаемые ниже, обладают потенциалом вмешиваться во многие функции во многих типах клеток, включая и кардиальный нервный гребень. Вероятность, что повышенный сывороточный гомоцистеин будет фактором риска здоровью человека, открыта в 1960s Kilmer McCully, чья обширная и пионерская работа с сердечно-сосудистыми эффектами повышенного гомоцистеина рассмотрена Larkin (1998). Иногда hyperhomocysteinemia может быть маркером для др. лежащего в основе фактора, который является настоящим патогеном (Murphy, 2007; Murphy and Fernandez-Ballart, 2011), но многие исследования подтвердили, что повышенный гомоцистеин является независимым фактором риска для атеросклероза (Zhou and Austin 2009) и может быть связан с др. болезнями также (e.g., Collin et al., 2010; Ford and Almeida, 2012).

Eskes and Steegers-Theunissen (1994) и Steegers-Theunissen et al. (1994) впервые сообщили о популяционных данных, которые продемонстрировали достоверную ассоциацию между повышенным гомоцистеином у матерей и NTD и той же самой группой впервые опубликованы популяционные данные, показавшие, что материнская hyperhomocysteinemia ассоциирована также с CHD, даже когда отсутствует достоверный дефицит в плазме матерей фолата, RBC folate, vitamin B-6 или vitamin B-12 (Kapusta et al., 1999). Впоследствии этот результат был подтвержден (e.g., Huhta and Hernadez-Robles, 2005; Hobbs et al., 2006; Verkleij-Hagoort et al., 2007b; for reviews see Verkleij-Hagoort et al., 2006; Blom and Smulders, 2005).

Эпидемиологические данные показывают прямой и фармакологический эффект повышенного гомоцистеина у матерей в нарушениях раннего развития. Множественные эксперименты на модельных животных подтвердили биологическую вероятность его непосредственной роли ( Mil et al. 2010). Первым доказательством прямого воздействия повышенного гомоцистеина при CHD сьалди эксперименты на модельных эмбрионах кур: экзогенный гомоцистеин в дозах, продуцирующих от умеренного до высокого подъема в сыворотке эмбрионов, давал достоверные количества CHD (Rosenquist et al., 1996). Впоследствии, взаимоотношение между воздействием hyperhomocysteinemic и аномальным развитием сердца было подтверждено, согласно обзорам Hobbs et al. (2006) и Verleij-Hagoort et al. (2006) .

CHD, возникающие в результате воздействия повышенного гомоцистеина, особенно те, что возникают в тракте оттока, скорее всего, связаны с воздействием гомоцистеина на развитие кардиального нервного гребня (Brauer and Rosenquist, 2002; Boot et al., 2003, 2004, 2006; Tierney et al., 2004; Rosenquist et al., 2007; Heidenreich et al., 2008). Предложен ряд биологических, химических и генетических механизмов для тератогенного эффекта гомоцистеина во время развития сердца, некоторые из которых были рассмотрены ранее (Brauer and Tierney, 2004; van Mil et al., 2010).

Potential Molecular Mechanisms for the Teratogenic Effects of Homocysteine

Homocysteine, oxidative stress, VEGF, and the extra-embryonic circulation

Популяционные исследования продемонстрировали, что матери, носительницы высоких уровней гомоцистеина, обнаруживают достоверный риск потери беременности и что дефектная васкуляризация плаценты, по-видимому, является основным фактором (e.g., Quere et al., 2001). Биологический или клеточный механизм, связывающий повышенный гомоцистеин с дефектной васкуляризацией плаценты, не выявлен популяционными исследованиями; однако, оксидативный стресс, по-видимому, является логическим эффектором, потенциально посредством эффекта на nitric oxide (NO) синтазу (Moens et al., 2008). Модельные эмбрионы кур были использованы, чтобы продемонстрировать сложную цепь событий, в которой эффект оксидативного стресса повышенного гомоцистеина меняет синтез NO, приводя к нарушению регуляции vascular endothelial growth factor (VEGF) и аномальному развитию внеэмбриональных кровеносных сосудов (Latacha, 2002; Latacha and Rosenquist, 2005). Результаты также показывают, что ось оксидативный стресс-NO-VEGF не связана с риском CHD (Latacha, 2002).

C др. стороны, как популяционные, так и др. экспериментальные данные подтверждают связь между оксидативным стрессом и CHD. Hobbs et al. (2005b) нашли женщин с наиболее экстремальными значениями соотношения окисленный glutathione/восстановленный glutathione (see Fig. 5) , которые имели в 9 раз больший риск иметь ребенка с CHD. Эти биомаркеры были получены после рождения и обсуждались выше, не обязательно могут предоставлять аккуратное отражение статуса эмбриональной среды в течение короткого и раннего периода развития, когда могут быть индуцированы структурные дефекты. Morgan et al. (2008) применяли антиоксиданты, чтобы восстанавливать нормальное миграторное поведение клеток кардиального нервного гребня у мышей с hyperglycemia или оксидативным стрессом. Разносторонние экспериментальные протоколы, разработанные Morgan et al. (2008) также могут быть использованы для тестирования потенциальной роли оксидативного стресса для CHD, индуцируемой hyperhomocysteinemia.

Оксидативный стресс, вызываемый hyperhomocysteinemia является обычным и нет сомнения в важности его патогенетического потенциала. Оксидативный стресс, вызываемый hyperhomocysteinemia, по-видимому, играет роль в нарушении развития плаценты и сосудов плаценты и может быть фактором повышенного риска CHD.

Homocysteine and gene methylation

Hyperhomocysteinemia может быть ассоциирована с глобальным гипометилированием ДНК при болезнях у взрослых, как было описано в популяционных (Wang et al., 1997; Zhang et al., 2007) и экспериментальных исследованиях (Chen et al., 2001). Hyperhomocysteinemia также может вызывать гиперметилирование специфических генов при раке и некоторых болезнях взрослых людей и экспериментальных моделей (e.g., Zhang et al., 2007; Devlin et al., 2007). Механизм связанного с гомоцистеином ген-специфического гиперметилирования менее изучен, чем тот, что приводит к глобальному гипометилированию, но, по-видимому, связан с redox активностью гомоцистеина.

Было постулировано, что hyperhomocysteinemia per se может изменять метилирование ДНК и тем самым менять раннее эмбриональное развитие, приводящее к CHD (e.g., M. Han et al., 2009a; van Mil et al., 2010), а ингибирование энзимов цикла метилирования также нарушает развитие нервной трубки (Afman et al., 2005; van der Linden et al., 2008; Coen et al., 2009). Но пока нет данных, демонстрирующих, что глобальное гипометилирование ДНК или ген-специфическое гиперметилирование может быть результатом hyperhomocysteinemia и, в то же самое время, коррелировать с повышением CHD у человека или экспериментальных эмбрионов. Это такая же самая ситуация, что представлена выше для низкого уровня фолата и тот же самый случай может быть приведен здесь для потенциальной оценки исследований роли метилирования ДНК: логично предположить, что изменения в метилировании ДНК, по-видимому, скорее всего, появятся при hyperhomocysteinemia, и хорошо известные эксперименты, предоставившие детальный анализ ранних эмбрионов, говорят в пользу этого.

Homocysteine and homocysteinylation

Распространенный метаболит гомоцистеина, thioester homocysteine thiolactone, может формировать изопептидные мостики с белковыми лизиновыми остатками в процессе, называемым N-homocysteinylation, после чего биологическая функция homocysteinylated белка, скорее всего, нарушается (Jakubowski, 1999; Jakubowski and Glowacki, 2011). У мышей с повышенным сывороточным гомоцистеином, напр., генетическое инактивирование гена methyenetetrahydrofolate reductase (MTHFR, Fig. 1), плазматические или сывороточные уровни homocysteinylated белка увеличиваются в 10-30 раз (Jakubowski et al., 2009). Хотя сывороточный альбумин, наиболее распространенная мишень для homocysteinylationt, где любой сайт лизина уязвим, и демонстрирует, что возможно некоторые эмбриональные белки могут быть изменены за счет homocysteinylation до такой степени, что это нарушает раннее развитие. Homocysteinylation может происходить быстро, вызывая обнаружимые изменения в белковой структуре в течение минут (Jakubowski, 1999), это согласуется с эффектами короткого воздействия гомоцистеина, который продемонстрирован на экспериментальных моделях (e.g., Rosenquist et al., 1996; Tierney et al., 2004). Хотя приведенного выше достаточно для разработки гипотезы относительно взаимоотношения между homocysteinylation и CHD, но в настоящее время недостаточно данных для проверки этой гипотезы.

Имеются косвенные доказательства из популяционных исследований, показывающие, что процесс homocysteinylation эмбриональных белков может оказывать влияние на потребление и использование фолата. Cabrera et al. (2008) сравнивали в середине беременности материнскую сыворотку у группы женщин, у которых родились дети с spina bifida, в противовес группе, где родились нормальные дети. Антитела против человеческих рецепторов фолата были достоверно выше в группе со spina bifida. Taparia et al. (2007) обсуждают возможную роль homocysteinylation hFR во время генерации этих антител.

Итак, homocysteinylation белка является неминуемым последствием повышения гомоцистеина, что, скорее всего, обладает способностью вмешиваться в раннее развитие. Однако это взаимоотношение не было адекватно протестировано и д. привлечь больше внимания в будущем.

Homocysteine and the NMDA receptor (NMDAr)

NMDAr является лигандом контролируемым ионным каналом для притока Na⁺ и Ca²⁺ в клетку, и оттока K⁺ из клетки (rev. Traynelis et al., 2010). Приток кальция в нейроны посредством NMDAr является ключевым регулятором роста нейритов, синаптогенеза и стабилизации синапсов во время развития (rev. Constantine-Paton, 1990; Gambrill and Barria, 2011) и NMDAr продолжают быть ключевым компонентом набора нейротрансмиттеров в течение всей жизни, центральным для обучения и памяти (Collingridge and Singer, 1990; Danysz et al., 1995). Гомоцистеин, скорее всего, ведет себя как антагонист NMDAr при концентрациях, обнаруживаемых в амниотической жидкости (Lipton et al., 1997; Boldyrev, 2009; Brouns et al., 2008). Базируясь на этом и хорошо известной роли NMDAr в регуляции развития нервов, было предположено, что повышенный риск NTD и CHD при повышенном уровне гомоцистеина у матерей связан с его влиянием на NMDAr (Andaloro et al., 1998). Гипотеза была подтверждена некоторыми доказательствами из экспериментальных моделей.

Негативные эффекты на развитие повышенного гомоцистеина у эмбрионов кур могут быть ослаблены с помощью стимуляции NMDAr во время воздействия гомоцистеина в одной и той же модели (Rosenquist et al., 1999). Когда это происходит в условиях, в которых он ведет себя как антагонист NMDAr, то гомоцистеин может взаимодействовать с др. антагонистами NMDAr (напр., ethanol или dextromethorphan), чтобы повысить их негативные эффекты на развитие у модельных эмбрионов кур (Rosenquist and Monaghan, 2001). В этом контексте, интересно, что негативный эффект этанола на развитие сердца эмбрионов кур (Memon and Pratten, 2009) и эмбрионов мышей (Serrano et al., 2010) и более генерализованные тератогенные эффекты этанола могут быть супрессированы с помощью добавления фолиевой кислоты модельным мышам (Wang et al., 2009).

Влияние гомоцистеина в отсутствие какого-либо дефицита витаминов, не вызывает NTD или CHD у мышей (Hansen et al., 2001; Bennett et al. 2006a), в то же время NMDAr не экспрессируется в нервном гребне во время гаструляции (Bennett et al. 2006a). Отсутствие экспрессии NMDAr в нервном гребне во время раннего развития у эмбрионов мышей подразумевает, что хотя его ингибирование может нарушать развитие нервного гребня и нервной трубки, но его функция может быть несущественна для нормального развития. Чтобы протестировать эту возможность, подавляли экспрессию NMDAr NR1 белковой субъединицы (calcium channel) в кардиальном нервном гребне у модельных эмбрионов кур путем инъекции соотву. siRNA в нервную трубку (Lie et al., 2010). Несмотря на то, что экспрессия NR1 была сильно снижена, развитие происходило нормально.

Итак, имеются экспериментальные данные, демонстрирующие роль NMDAr в тератогенезе гомоцистеина, указывающие на потенциальный сайт взаимодействия между гомоцистеином и др. тератогенами, но популяционные исследования, сконцентрировавшиеся на этом вопросе, этого не подтверждают.

PERSPECTIVES

Two key discoveries from the past 30 years are featured in this review. First, that the cardiac neural crest is a key to the majority of CHD including but not limited to conotruncal defects, and that folate has a special role in the development of the cardiac neural crest, the neural crest as a whole, and the neural tube, and in the prevention of abnormal development of these areas. The optimistic analyst might predict that these advances would generate research momentum, given the terrible and continuing toll of CHD. Indeed, a search of the “EBSCO” database for each year from 1981 to 2011 shows that the number of publications referring to the research topic “congenital heart” has tripled in that timeframe (758 vs. 2,240). However, this increase does not indicate momentum or a change in direction. The number of publications referring to that topic as a percentage of all publications has been stable over all of those 30 years. In 1981 it was 0.0027%, and in 2011 it also was 0.0027%. Deviation from this average has been very small, from 0.0022% in 1988 to 0.0029% in 5 other years. In other words, before we knew about the cardiac neural crest, or about the possibilities offered by understanding the role of folate in heart development, one publication in about 37,037 dealt with “congenital heart”; after we learned these things, one publication in about 37,037 deals with “congenital heart.”

This may be a good time to change these numbers, utilizing the momentum of an excellent base of new data and the scarcely-tapped potential of 21st-century genetics. The best case for prevention so far has been to improve the chances for normal development of the cardiac neural crest. Understanding exactly how folate can exert this effect at the cellular level will lead to avenues of prevention other than perigestational folate supplementation. CHD results mainly from complex gene–gene and gene–environment interactions as discussed above, and advances in prevention will result from analyses of complex data; therefore, going forward will require committed and purposeful interaction among basic biologists, clinicians, and epidemiologists. This review has taken the perspective that leveraging the current understanding of the folate–neural crest axis offers a potentially high benefit-to-cost ratio.

Folate, Homocysteine and the Cardiac Neural Crest Thomas H. Rosenquist Developmental Dynamics Volume 242, Issue 3, pages 201–218, March 2013

Folate, Homocysteine and the Cardiac Neural Crest
Thomas H. Rosenquist
Developmental Dynamics Volume 242, Issue 3, pages 201–218, March 2013