Ш ванновские клетки

+ TGF-beta1 - TGF-beta1

Немиелинизированные Миелинизированные

Разные члены этого семейства ФР участвуют в дифференцировке не только нервных тканей, но и ткани скелета, крови и др.

Скелетогенез и TGF-beta (см. оттиск статьи)

Таким образом, очевидно, что факторы семейства TGF-beta являются мультифункциональными.

Широко распространен среди животных Wnt-путь. Белки Wnt составляют одно из наибольших семейств сигнальных молекул у человека, мыши, лягушки, Caenorhabditis elegans, дрозофилы. У дрозофилы они необходимы для организации центральной нервной системы, детерминации области крылового и глазного примордиев, ограничения размера глазной области в диске, инициации границы между глазными и прилежащими структурами головы, специализации клеток глаза и кутикулы головы.

Одной из ключевых регуляторных ступеней инициации передачи сигналов Wnt является деградация β-катенина. В отсутствие сигналов β-catenin деградируется с помощью белкового комплекса, состоящего из многих белков (слайд 103). Взаимодействие лигандов Wnt с Frizzled семейством полутрансмембранных рецепторов активирует цитоплазматический белок Dishevelled, чья функция состоит в защите β-катенина от деградации. Стаблизированный β-катенин вступает в ядро, где вместе с фактором Т-клеток (T-cell factor (TCF)) он активирует экспрессию генов-мишеней.

Существует большое семейство wnt-генов

Такие факторы как факторы семейства Wnt - являются ростовыми факторами (от англ. Wingless – бескрылый, так как изначально они были открыты у фруктовых мушек дрозофилл). Их известно около двух десятков.

Wnt 1, 3, 7, 8 -= канонический путь предачи сигнала – через бета-катенин.

Уже выяснено детально где и как экспрессируются отдельные члены семейства Wnt (Слайд 104).

Wnt Expression Patterns in Mice

Gene	Embryonic Expression	Adult Expression
Wnt-1	brain, spinal cord	testes
Wnt-2	ventral-lateral mesoderm, heart, allantois	lung, brain, heart
Wnt-3	brain, spinal cord, limbs	thalamus, Purkinje cells
Wnt-3a	brain, primitive streak	lung
Wnt-4	not determined	brain, lung
Wnt-5a	ventral brain, spinal cord	heart, lung
Wnt-5b	not restricted	heart, brain, liver, lung
Wnt-6	not determined	testes
Wnt-7a	not determined	brain, lung
Wnt-8	not determined	brain

Они выполняют разнообразные функции, которые пытались выяснить с помощью нокаута.

1. Wnt-1 экспрессируется в среднем мозге и спинном мозге на ранних стадиях развития. При выбивании гена Wnt-1 с помощью таргетин­га не развивалась область среднего мозга, в которой в норме наблюдали экспрессию этого гена. Дефект проявлялся на 9,5 день развития. Интересно, что в дальнейшем происходило нарушение развития и мозжичка, где этот ген в норме не экспрессируется. Сделаны следующие выводы: 1) с участием Wnt-1 осуществляется индукционное взаимодействие между средним и задним мозгом и 2) поскольку в спинном мозгу, где этот ген экспрессируется в норме, не было обнаружено аномалий у мутантных мышей, то здесь вероятно, идет компенсация за счет других wnt-подобных генов.

2. Выяснилось, что Wnt-путь важен также для формирования апикального экзодермального кольца конечностей. На этой основе был поставлен эксперимент (2006 г.): ученые удалили часть крыла у зародыша цыпленка, затем в оставшемся после ампутации в выросте активировали Wnt-сигнальный путь (ввели конструкт с экспрессирующимся бета-катенином), и вновь получили целую конечность – безупречное крыло. Но при длительном активировании Wnt-пути опухоль!

3. β-catenin зависимая передача сигналов от Wnt является центральной для формирования периферических воздушных путей легких, ответственных за обеспечение газообмена.

4. Один из генов этого семейства - wnt-7a - играет важную роль для определения как дорзально-вентральной, так и антерио-постериорной полярности при развитии конечностей. Это также выяснилось при нокаутировании этого гена (Parr, McMahon, 1995). Далее мы еще специально вернемся к этому вопросу, обсуждая проблемму паттернирования организма.

Wnt-путь часто не самодостаточен и действует в сочетании с разнообразными факторами транскрипции и часто с Hh-путем!!!!

Это еще одна важная сигнальная система - сигнальная система Хеджхог (Hh), в которой секретируемыми лигандами являются 3 белка семейства Hedgehog, также обнаружена у всех: от человека до насекомых. Это белки, действуя по механизму факторов роста, могут выступать как морфогены (т.е. порогово-зависимые индукторы, проявляющие свой эффект при определенных критических концентрациях), как митогены (регулируют клеточное размножение) и как формогены (определяют форму развивающегося тела или его части).

У позвоночных развитие только небольшого числа морфологических отделов тела не подвержено влиянию Hh-сигнала.

Первое исследование, подтверждающее роль SHH в качестве морфогена, исходит из анализа in vitro культивирования определенных областей спинного мозга куриного эмбриона до образования дорсо-вентральных признаков. Когда такие эксплантанты были обработаны рекомбинантным SHH, то было обнаружено, что определенные признаки спинного мозга могут быть индуцированы в зависимости от концентрации SHH. Интересно то, что разных концентраций SHH было достаточно для индукции разных специфических популяций нейронов вентрального спинного мозга.

Механизм действия - (Слайд 105): две посттрансляционных модификации Hh, белок-транспортер, инактивация основного рецептора, активация др. рецептора (гиперфосфорилирование), активация специфического семейства факторов транскрипции.

У дрозофилы Hh-белки экспрессируются в клетках заднего отдела каждого имагинального диска. Им принадлежит центральная роль в эмбриональном развитии крыла, глаза, конечностей, гонад, брюшка, кишки и трахеи.

У позвоночных развитие только небольшого числа морфологических отделов тела не подвержено влиянию Hh-сигнала.

Еще один известный сигнальный путь – Notch. Он играет важную роль in neural, vascular, muscular, and endocrine differentiation during embryogenesis. Но о нем мы поговорим немного позже.

Факторы роста фибробластов

Особый интерес представляет семейство факторов роста фибробластов (FGF). Оно состоит из нескольких генов, отдельные из которых обладают трансформирующим эффектом. В это семейство входят KGF, протоонкоген int-2, онкоген FGF-5, IL-1alpha и IL-1beta.

ФРФ стимулируют рост всех типов клеток !!!

Первоначально FGF обнаруживали лишь на стадии гаструлы и было показано, что он индуцирует у амфибий образование сомитов, сердечных мышц, мезотелия и мезенхимы.

В дальнейшем выяснилось (Strelt et al., 2000), что еще до гаструляции различные члены семейства FGF участвуют в нейрональной индукции у мышей. По сути дела эти факторы и осуществляют нейрональную индукцию, играя роль триггеров в создании каскада реакций еще до стадии гаструляции.

Эти факторы играют важную роль во многих морфогенетических процессах (напр., в формировании конечностей). Однако детальную роль многих из этих FGF еще предстоит исследовать, поскольку, например, выбивание (нокаут) одного из генов этого семейства (FGF-3) с помощью гомологичной рекомбинации не приводило к существенному нарушению нормального развития мыши (Слайд 106).

В тоже время нокаут гена FGF4 – нарушение дорзально-вентрального паттернирования. Нокаут FGF-5 приводил к увеличению роста волос. Это указывает на то, что продукт данного гена является ингибитором элонгации волос (Hebert er al., Cell). Это еще один пример того, что ФР могут обладать ингибирующим эффектом.

Существуют и ингибиторы FGF!!! Напр., DusP6 – при его нокауте происходит постнатальная гибель, обусловленная развития скелета и кардио-васкулярной системы.

Далее мы еще коснемся роли этого семейства генов в дифференцировки разных типов клеток и развитии разных типов тканей в ходе эмбрионального развития организмов.

Сейчас ФРФ пытаются использовать в косметологии, в генной терапии для обеспечения роста кровеносных сосудов.