Ремоделирование актинового цитоскелета

В ходе морфогенеза и передвижения клеток у них происходит ремоделирование актинового скелета. Этот важный процесс осуществляется за счет взаимодействия с различными актин-связывающимися белками. В последнее время появились даннные, касающиеся метаболических путей этого процесса (слайд 120). Предполагается, что одним из ключевых является ген, кодирующий онкобелок Rho (Science, 1999, 285, 895). Этот белок является GTPasой. Он превращается из неактивной формы в активную под воздействием различных морфологических событий. Ключевой момент – фосфорилирование LIM–киназы и кофелина. Недавно к ним прибавился annexin A2 (AnxA2).

Формирование антерио-постериорной оси и трехмерной структуры организма.

Рассмотрим эту проблему на примере формирования конечностей.

Для этого процесса принципиальным является несколько моментов и, в частности, так называемая позиционная информация, предоставляемая специфическими сигнализирующими центрами. В настоящий момент формирование паттерна у позвоночных наиболее хорошо изучено на примере развития почки конечности (слайд. 124).

В формирование конечностей вносят вклад как латеральная пластинка, так и мезодермальные сомиты, а также интермедиатная мезодерма. В частности, было показано, что при наличии механического барьера между латеральной пластинкой и интермедиатной мезодермой развитие конечностей не происходит. Одним из важных факторов для первоначального развития конечностей является все тот же FGF-8, продуцируемый в интермедиатной мезодерме. FGF-8 индуцирует программу инициации и последующего паттернирования конечности. Другой фактор, участвующий в этом процессе, FGF-10. FGF-10 индуцирует также апикальное эктодермальное кольцо, от которого зависит дальнейший рост конечностей.

Важным является и участие двух других факторов этого семейства: FGF-2 и FGF-4. Таким образом, инициация развития конечностей определяется по крайней мере четырьмя факторами роста фибробластов.

Антериорно-постериорную ось при формировании конечности определяет другой набор генов. В поляризирующей активности участвуют в первую очередь продукты гена Sonic hedgehog (Shh) (экспрессируются в постериорной части), а также вероятно bmp-2, который является мишенью для Shh и Gli-1, и Hoxb-8, регулирующие экспрессию гена Shh. В формировании A/P оси важную роль играет и апоптоз, в результате которого формируются свободные пальцы конечности.

Большую роль в антериорно-постериорном паттернировании играют не только разные морфогены, перечисленные ранее, но и такие факторы как 1) белки адгезии – катгерины, 2) фермент деметилаза гистона Н3 и др. Сл-но, строго говоря не только прямая генетическая программа, но и отдельные эпигенетические факторы усатвуют в этом процессе.

Проксимально-дистальное паттернирование связано с взаимозависимой экспрессией большого набора генов генов Shh, FGF и Wnt-8a. Продукты двух первых принимают участие в регуляции экспресси гомеобокс-содержащих генов группы Hoxd. Последние в свою очередь также участвуют в паттернировании конечностей (ген фактора транскрипции Pitx-1).

Недавно (2007) с помощью чипов были получены данные, указывающие на то, что на 5,5 день развития мышиного эмбриона в формировании П.-Л. паттернирования принимают участие неизвестный ранее ген Talia and recently identified Plet1. Их роль еще предстоит изучить.

Говоря о молекулярных механизмах формирования конечностей нельзя не упомянуть новые данные по факторам детерминирования крыло-нога у птиц. В этом процессе участвуют такие факторы как Tbx4 (нога) и Tbx5 (крыло) (Nature 1999, 398, 810). С помощью вируса и электропорации осуществляли перенос Tbx4-гена в область крыла зародышей кур. При этом происходила транс-детерминация: вместо крыла развивалась нога. Механизм: ген Tbx4 подавляет Hoxd9, а Tbx5 наоборот активирует этот гомеобох-содержащий ген.

Детерминация лево-правосторонней асимметрии

Для тела позвоночных характерна билатеральная симметрия, но у внутренних органов (непарных) имеется лево-правосторонняя асимметрия. Во время органогенеза непарные органы грудной клетки и живота сначало развиваются на центральной линии, а затем мигрируют (латеринизируются).

У птиц это определяется сигнальным каскадом, состоящим из факторов уже упоминаемого семейства TGF-beta (Shh, Nodal, активины).

Установлено, что важным звеном является ген Pitx-2 (гомеобоксный фактор транскипции) (1998). Продукт этого гена и определяет в итоге лево-правостороннюю асимметрию органов. Этот ген ассиметрично экспрессируется с самого начала органогенеза в латеральной пластинке мезодермы.

Интересно, что гены семейства Pitx могут участвовать в разных процессах: напр., в отличии от гена Pitx-2, Pitx3 участвует в развитии глаза.

У человека в этом участвует более 80 генов. При патологиях лево-правостороней асимметрии – гетеротаксии – обнаружены мутации в генах ZIC-3, LEFT, CRIPTIC и др.

На сегодняшний день (слайд 125): все начинается с моторного белка Lrd, далее вентральный узелок на стадии гаструляции за счет ресничек обеспечивает перемещение визикул, содержащих регуляторные молекулы (Shh, ретиноевая кослота), справа налево. Далее выход Са++, Noch, Nodal и др. гены завершают общую картину (Lefty, PitX2).

Сомитогенез

Сомиты – парные мезодермальные структуры в развитии позвоночных, формируются на стадии гаструлы из пресомитной мезодермы (PSM). Из cjvbnjd формируются скелет, мышцы и часть покровов тела.

Начальная пролиферация клеток сомитов контролируется генами Shh и Pax3.

Далее подключаются гены семейства FGF и др. (Слайд 125 а).

Их градиент в пресомитной меходерме. Нокаут рецептора FGF – прекращение сомитогенеза! От FGF идет регуляция Wnt!!!

Модель часов и фронта волны: часы – периодическая активация Notch (нарушение передачи сигналов к Notch не останавливает сомитогенез, но дезорганизует и задерживает этот процесс, меньше границ между сомитами); FGF-8 – создает фронт волны от антериорной к постериорной области.

На более поздних стадиях сомитагенеза участвуют и гены семейства Wnt. Нокаут гена Wnt3a приводит к тому, что не образуется ни хвостовая почка, ни сомиты. Гены семейства Eph и их лиганды (ранее мы говорили об этих генах) также играют роль в паттернировании границ сомитов.

Последнее время важную роль в эпителизации сомитов отводят гену paraxis. При нокауте этого гена наблюдали нарушение антерио-постериорных границ сомитов. Нокаут гена DMRT2 (фактор транскрипции) – гибель на 10-12 день из-за недоразвития сомитов (2006).