Учреждение образования полесский государственный университет в. Т. Чещевик молекулярные основы
 Скачать 1.26 Mb.
|
|
ТЕМА 14 МОЛЕКУЛЯРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ МЕЗОДЕРМЫ У ПОЗВОНОЧНЫХ 1. Общая характеристика и развитие мезодермы. 2. Эпителиально-мезенхимные взаимодействия и миграция клеток при формировании мезодермы. 1. Общая характеристика и развитие мезодермы Мезодерма является одним из трех зародышевых слоев, который располагается между экто- и эндодермой. Выделяют следующие три типа мезодермы: параксиальная мезодерма, промежуточная мезодерма и мезодерма боковой пластинки. Параксиальная мезодерма образует сомитомеры, которые дают начало мезенхиме головы и преобразуются в сомиты, дающие начало склеротому (хрящ и кость) и дерматому (подкожная ткань кожи). Промежуточная мезодерма соединяет параксиальную мезодерму с мезодермой боковой пластинки и дифференцируется в урогенитальные структуры, состоящие из почек, гонад, связанных с ними протоков и надпочечников. Мезодерма боковой пластинки участвует в образовании сердца, кровеносных сосудов и клеток крови, а также формирует мезодермальную часть конечностей. К производным мезодермы относятся мышцы (гладкие, сердечные и скелетные), мышцы языка, глоточные мышцы (жевательные и мимические мышцы), соединительная ткань, дерма и подкожный слой кожи, кости и хрящи, твердая мозговая оболочка, эндотелий кровеносных сосудов, эритроциты, лейкоциты, клетки микроглии и Купфера, почки и кора надпочечников. Мезодерма возникает на третьей неделе эмбрионального развития в результате процесса гаструляции. Процесс гаструляции начинается с формирования примитивной полоски на поверхности эпибласта. Клетки трех зародышевых листков перемещаются между эпибластом и гипобластом и начинают распространяться в латеральном и краниальном направлении. Клетки эпибласта перемещаются к примитивной полоске и движутся под эпибластом в результате процесса инвагинации. Некоторые из мигрирующих клеток Молекулярные основы онтогенеза Полесский государственный университет Страница 74 вытесняют гипобласт и создают эндодерму, а другие мигрируют между эндодермой и эпибластом, формируя мезодерму. Остальные клетки образуют эктодерму. Клетки эпибласта и гипобласта контактируют с внеэмбриональной мезодермой, пока они не покроют желточный мешок и амнион. Они перемещаются по обе стороны от прехордальной пластины. Прехордальные клетки мигрируют к средней линии, образуя нотохордальную пластинку. Хордомезодерма является центральной частью туловищной мезодермы. Хордомезодерма образует хорду, которая индуцирует формирование нервной трубки и устанавливает передне-заднюю ось тела. Нотохорда распространяется под нервной трубкой от головы до хвоста. Мезодерма перемещается к срединной линии до тех пор, пока она не покроет хорду. При этом клетки мезодермы размножаются и образуют параксиальную мезодерму. С каждой стороны тела эмбриона мезодерма становится тоньше и образует боковую пластинку. Промежуточная мезодерма образуется между параксиальной мезодермой и мезодермой боковой пластинки. Дифференциация мезодермы в эмбрионе происходит путем межклеточного сигналинга, после чего мезодерма поляризуется за счет организатора. Положение организатора определяется участками эмбриона, в которых деградация бета-катенина заблокирована серин/треониновой киназой GSK-3. Бета-катенин действует как кофактор, который активирует транскрипционный фактор tcf-3, что инициирует синтез генных продуктов, необходимых для дифференциации мезодермы и гаструляции. 2. Эпителиально-мезенхимные взаимодействия и миграция клеток при формировании мезодермы Гаструляция у млекопитающих происходит путем ингрессии, в результате чего отдельные эпителиальные клетки из эпибласта подвергаются эпителиально-мезенхимной трансформации, попадая в пространство между эпибластом и примыкающей к ней экстраэмбриональной эндодермой (висцеральная эндодерма), и затем мигрируя в виде двух двусторонних крыльев мезодермы. Первоначально эпибласт состоит из высоких столбчатых эпителиальных клеток с базальной пластинкой, состоящей в основном из ламинина и фибронектина. Клетки эпибласта имеют тесные адгезивные контакты, щелевые контакты и соединяются друг с другом с помощью микроворсинок и филоподий. Затем в эпибласте возникает примитивная полоска, которая является участком ингрессии клеток эпибласта при гаструляции. В области примитивной полоски начинается дезорганизация Молекулярные основы онтогенеза Полесский государственный университет Страница 75 эпителиальных клеток, возникают межклеточные пустоты между соседними клетками и разрывы в подлежащей базальной пластинке. При старте ингрессии клетки в области примитивной полоски приобретают бутылкообразную форму с вытянутой верхушкой, при этом сохраняя контакты с соседними клетками. Ядра и митохондрии в основном смещены апикально, в то время как цитоплазма сосредоточена базально. Клетки выпускают филоподии в сторону эндодермы. После прохождения клеток через примитивную полоску, соседние клетки эпибласта снова смыкаются. Когда клетки отделяются от эпибласта, они приобретают округлую форму. Клетки мезодермы мигрируют в виде свободно упакованного клеточного листа, но некоторые клетки вблизи передней области примитивной полоски могут мигрировать в виде одиночных клеток или групп клеток. Изменения формы клеток обусловлены перестройками их цитоскелета. Клетки подвергаются эпителиально-мезенхемальной трансформации, так как в данных клетках усиливается экспрессия белков-маркеров мезодермы (N- кадгерин, виментин) и снижается экспрессия эпителиальных белков-маркеров (E-кадгерин). Когда клетки достигают слоя мезодермы, процесс эпителиально- мезенхимной трансформации завершается. Внутри мезодермы клетки обычно расположены в два или три слоя, приобретают звездчатую форму и образуют длинные филоподии по мере их миграции из примитивной полоски. Канонический Wnt сигналинг является одним из основных путей, необходимых для формирования примитивной полоски и индукции мезодермы. Экспрессия гена Wnt 3 определяет границы образования примитивной полоски. Вторым важным фактором является TGFβ сигналинг, который активирует индукцию примитивной полоски и инициирует гаструляцию. На следующем этапе, в клетках, начавших ингрессию, активируется FGF сигналинг, который необходим для поддержания дальнейшего формирования мезодермы и эпителиально-мезенхимной трансформации, а также для спецификации параксиальной мезодермы в результате регуляции T-бокс содержащих транскрипционных факторов. Ключевое значение здесь имеют FGF8, который необходим для миграции клеток, и FGF рецептор типа 1, который необходим для инициации эпителиально-мезенхимной трансформации. T-бокс содержащий транскрипционный фактор (Eomesodermin) усиливает экспрессию гена Snail1 в результате эпигенетических изменений. Ген Snail1 подавляет экспрессию E-кадгерина в клетках эпибласта, что необходимо для образования морфологии мигрирующих клеток. Важное значение имеет также p38 MAP киназа, устранение р38 субъединицы которой приводит к снижению активности киназы и серьезным нарушениям процесса гаструляции. После прохождения клеток через примитивную полоску клетки Молекулярные основы онтогенеза Полесский государственный университет Страница 76 образуют различные типы клеток мезодермы, что связано с экспрессией соответствующих транскрипционных факторов. Содержащие bHLH домен транскрипционные факторы MesP необходимы для формирования передней мезодермы. В частности, отсутствие MesP1 транскрипционного фактора приводит к аномальному морфогенезу сердца. Мутации MesP1/MesP2 генов приводят к нарушению формирования кранио-кардиальной и параксиальной мезодермы. В формировании задней мезодермы участвует T-бокс содержащий транскрипционный фактор (tbx6). Молекулярные основы онтогенеза Полесский государственный университет Страница 77 ТЕМА 15 МОЛЕКУЛЯРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СОМИТОГЕНЕЗА У ПОЗВОНОЧНЫХ 1. Общая характеристика сомитогенеза. 2. «Молекулярные часы» сомитогенеза. 1. Общая характеристика сомитогенеза Индуцирующие сигналами со стороны хорды, нервной трубки и мезодермы боковой пластинки, предопределяющими развитие сомитов являются (Shh, Wnt-l,3, NT-3, ВМР4, FGF). Сомиты появляются с обеих сторон нервной трубки одновременно. После объединения клеток в параксиальной мезодерме образуются сомитомеры, что указывает на отсутствие полного разделения между сегментами. Наружные клетки подвергаются мезенхимально-эпителиальному переходу, образуя эпителий вокруг каждого сомита. Внутренние клетки сомитомеров образуют мезенхиму. Образование сомита может быть вызвано клетками, секретирующими белок Noggin. Количество сомитов зависит от вида и не зависит от размера эмбриона. Судьба клеток мезодермы, которые должны превратиться в сомиты, предопределена уже до момента образования сомитов. Клетки в пределах каждого из сомитов имеют определенную спецификацию в зависимости от того, в какой части сомита они расположены. Далее сомиты дифференцируются на дерматом, миотом и склеротом. Дерматом образуется из дорсальной части параксиальной мезодермы сомита и ответственен за развитие кожи (дермы). Миотом – это часть сомита, ответственная за образование мышц. Каждый миотом разделяется на эпимер (спина) и гипомер (перед). Миобласты гипомера образуют грудные мышцы и мышцы передней стенки живота. Миобласты эпимера образуют мышцы шеи и спины, утрачивая свой сегментарный характер. Склеротом образует позвонки и реберные хрящи и часть затылочной кости, кости скелета. 2. «Молекулярные часы» сомитогенеза Развитие сомитов зависит от «молекулярных часов» сомитогенеза, которые обусловлены колебанием сигналов Notch и Wnt. Возникающая волна белков Notch и Wnt обусловлена градиентом белка FGF, который убывает в Молекулярные основы онтогенеза Полесский государственный университет Страница 78 рострально-каудальном направлении. Сомиты образуются один за другим, причем каждый новый сомит образуется на каудальной стороне предыдущего. Временной интервал колебания сигналов белков Notch и Wnt при формировании сомитов не является универсальным и зависит от биологического вида. В результате Notch сигналинга формируются границы сомитов. Лигандами рецептора Notch являются Delta (DLL1 и DLL3), мутации которых приводят к различным дефектам. Белок Notch активирует ген HES1, который определяет каудальную половину сомита. Активация Notch включает LFNG, который, в свою очередь, блокирует рецептор Notch. Активация Notch также включает ген HES1, который инактивирует LFNG, повторно активируя рецептор Notch и, таким образом, возникают осцилляции активности рецептора Notch, что составляет основу «молекулярных часов». Ген MesP2 индуцирует ген EPHA4, который вызывает взаимодействие по типу отталкивания, что отделяет сомиты друг от друга, вызывая их сегментацию. Действие EPHA4 определяется границами сомитов, в установлении которых участвует ген EPHB2. Спецификация сомитов определяется активностью генов Hox семейства. Молекулярные основы онтогенеза Полесский государственный университет Страница 79 ТЕМА 16 МИОГЕНЕЗ, ФОРМИРОВАНИЕ ПОЧКИ И СЕРДЦА В ЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ПЕРИОД РАЗВИТИЯ 1. Молекулярные механизмы миогенеза. 2. Молекулярные механизмы формирования почки. 3. Молекулярные механизмы закладки и образования сердца. 1. Молекулярные механизмы миогенеза Миогенез – это образование мышечой ткани при эмбриональном развитии. Мышечные волокна образуются в результате слияния миобластов в многоядерные волокна (миотрубки). На раннем этапе развития эмбриона миобласты могут либо размножаться, либо дифференцироваться в миотрубки. Если в окружающей среде присутствуют факторы роста (например, FGF), то миобласты будут пролиферировать (делиться). В случае значительного снижения концентрации фактора роста (FGF), миобласты подвергаются терминальной дифференцировке в миотрубки. Основные этапы дифференциации миобластов: 1) Выход из клеточного цикла и начало экспрессии специфических генов. 2) Выравнивание миобластов друг с другом. 3) Слияние миобластов. Решающее значение имеют присутствие ионов кальция и металлопротеиназ (мелтрины). Ключевые гены и кодируемые ими белковые факторы в миогенезе: 1. MEFs – способствуют миогенезу. 2. SRF – необходим для экспрессии генов альфа-актина, ответственного за формирование поперечно-полосатых мышц. 3. MRFs – миогенные регуляторные факторы (MyoD, Myf5, Myf6, Myogenin). Стадии миогенеза: 1) Деламинация (Гены PAX3 и c-Met). Ген PAX3 опосредует транскрипцию гена c-Met и отвечает за активацию экспрессии гена MyoD, который стимулирует регенеративную способность сателлитных клеток. Высокий уровень экспрессии гена PAX3 наблюдается в эмбриональный период и в меньшей степени на стадиях развития плода. Данный фактор экспрессируется в мигрирующих гипаксиальных клетках и клетках дермомиотома и не экспрессируется при развитии мимических мышц. Мутации Молекулярные основы онтогенеза Полесский государственный университет Страница 80 в гене Pax3 могут вызывать различные осложнения. 2) Миграция. (Гены c-Met и LBX1). Ген LBX1 отвечает за развитие и организацию мышц в дорсальной части передних конечностей, а также за движение дорсальных мышц в конечности после деламинации. При нокауте гена LBX1 мышцы конечностей не смогут правильно сформироваться. c-Met белок является рецептором тирозинкиназы, который необходим для выживания и пролиферации мигрирующих миобластов. Нокаут гена c-Met нарушает вторичный миогенез и предотвращает формирование мускулатуры конечностей. 3) Пролиферация. (Гены PAX3, c-Met, Mox2, Myf5, MyoD). Ген Mox2 играет важную роль в индукции мезодермы и региональной спецификации. Нарушение функции Mox2 белка препятствует размножению миогенных предшественников и приводит к патологическому формированию мышц конечностей. Ген Myf5 необходим для правильной пролиферации миобластов. Myf5 считается самым ранее экспрессируемым регуляторным генным фактором в миогенезе. Если гены Myf-5 и MyoD инактивированы, скелетные мышцы будут полностью отсутствовать. 4) Детерминация. (Гены Myf5, MyoD). Одна из наиболее важных стадий в миогенезе требует нормального функционирования генов Myf5 и MyoD для нормального развития миогенных клеток. Мутации по данным генам приводят к формированию клеток немышечного фенотипа. Одновременный нокаут генов Myf5 и MyoD также приводит к полному отсутствию скелетных мышц. Особенностью MyoD белкового фактора является то, что он напрямую активирует свой собственный ген. Это означает, что полученный белок связывает ген MyoD и продолжает цикл производства белка MyoD. Между тем, экспрессия гена Myf5 регулируется Shh, Wnt1 и самим MyoD. 5) Дифференциация. (Гены Миогенин, MyoD, Myf6). Мутации в данных генах будут приводить к нарушению развития и созревания миоцитов. Миогенин необходим для слияния миогенных клеток-предшественников с новыми или ранее существовавшими волокнами. Миогенин усиливает экспрессию генов, которые уже активированы в организме. Удаление миогенина приводит к почти полной потере дифференцированных мышечных волокон и серьезной потере массы скелетных мышц в боковой / вентральной стенках тела. Ген Myf-6 (MRF4) важен для дифференцировки миотрубок и специфичен для скелетных мышц. Мутации в Myf-6 могут провоцировать расстройства, в том числе мышечную дистрофию Беккера. Во взрослом организме стволовые клетки мышечной ткани представлены в виде сателлитных клеток, в регуляции экспрессии которых важную роль Молекулярные основы онтогенеза Полесский государственный университет Страница 81 играет ген PAX7. Сателлитные клетки являются миобластами в состоянии покоя и прилегают к сарколемме соседних мышечных волокон. Данные клетки имеют решающее значение для восстановления мышц, но имеют очень ограниченную способность к размножению. Активируемые такими стимулами, как травма или высокая механическая нагрузка, сателлитные клетки необходимы для регенерации мышц у взрослого организма. Кроме того, сателлитные клетки способны дифференцироваться в костную или жировую ткань. Мутации гена Pax7 препятствуют образованию сателлитных клеток и, в свою очередь, постнатальному росту мышц. Формирование скелетных мышц. Во время эмбриогенеза дермомиотом и/или миотом в сомитах содержат миогенные клетки-предшественники, которые будут развиваться в будущую скелетную мышцу. Детерминация дермомиотома и миотома регулируется сетью регуляторных генов, которая включает гены, содержащие T-box (tbx6, ripply1 и mesp-ba). Скелетный миогенез зависит от строгой регуляции различных подгрупп генов, направленных на дифференциацию миогенных клеток-предшественников в миофибриллы. Основные факторы транскрипции при формировании скелетных мышц являются MyoD, Myf5, миогенин и MRF4. MyoD и Myf5 позволяют дифференцировать миогенные клетки-предшественники в миобласты, а затем миогенин дифференцирует миобласты в миотрубки. MRF4 важен для блокирования транскрипции мышечно-специфических промоторов, позволяя предшественникам скелетных мышц расти и пролиферировать до дифференцировки. Транскрипционный фактор (TCF4) фибробластов соединительной ткани участвует в регуляции миогенеза, показывая тесную связь развития мышц с соединительной тканью во время эмбрионального развития. Данный фактор заставляет клетки миотома продуцировать белок MyoD, тем самым стимулируя развитие клеток по пути мышечных клеток. Белок MyoD также регулирует развитие определенного типа мышечного волокна и его созревание. Низкие уровни TCF4 способствуют миогенезу быстрых и медленных мышечных волокон. Регуляция миогенной дифференцировки клеток контролируется двумя путями: путь фосфатидилинозитол-3-киназы/Akt и путь Notch/Hes, которые работают совместно для подавления транскрипции MyoD. O-подсемейство белков FOXO играет критическую роль в регуляции миогенной дифференцировки, поскольку они стабилизируют связывание Notch/Hes. Нокаут FOXO1 у мышей увеличивает экспрессию MyoD, изменяя распределение быстрых и медленных волокон. Молекулярные основы онтогенеза Полесский государственный университет Страница 82 2. Молекулярные механизмы формирования почки У млекопитающих почка возникает из промежуточной мезодермы, расположенной между параксиальной мезодермой и мезодермой латеральной пластинки. Три различных системы почек образуются во время внутриутробной жизни у млекопитающих: пронефрос, мезонефрос и метанефрос. Первые две почечные системы приводят к образованию временных структур, а метанефрос образует постоянную почку. Метанефрос начинает развиваться из зачатка мочеточника (UB), который представляет собой ветвящуюся эпителиальную трубку, развивающуюся из Вольфова канала (WD) и мезенхимальных клеток, которые возникают из промежуточной мезодермы. Органогенез почек зависит от серии взаимных индуктивных взаимодействий между UB и метанефрической мезенхимой (MM). Сигналы от MM инициируют развитие почек, вызывая образование UB из WD. UB проникает в ММ и подвергается серии повторяющихся ветвлений под влиянием мезенхимальных сигналов. В свою очередь, вновь образованный UB побуждает окружающий его MM конденсироваться и агрегировать вокруг его кончиков, превращаясь в мезенхиму шапки (CM). СМ последовательно дифференцируется в претубулярные агрегаты, и эти структуры подвергаются МЕТ (мезенхимально-эпителиальной трансформации) с образованием почечных везикул (RV), которые пролиферируют, образуя запятые и S- образные тела (SB), а затем нефроны. В то же время часть неиндуцированной мезенхимы идет по нестромальному пути развития с образованием клеток, участвующих в структурной поддержке и созревании нефрона. Параллельно с этим процессом дифференцировки дистальная часть SB сливается с собирательными протоками, а проксимальные части этих структур становятся сильно васкуляризованными (оплетены большим количеством капилляров и сосудов) и образуют клубочки. В целом считается, что большинство эпителиальных клеток нефрона происходят из MM, тогда как эпителий UB генерирует собирательные протоки и самые дистальные канальцы (DTs). Эпителиальные клетки, происходящие из мезенхимы, становятся высокоспециализированными и экспрессируют маркеры, специфичные для клубочковых подоцитов (PT), клеток восходящей и нисходящей частей петли Генле и дистальных канальцев. Odd1 (или Osr1) является одним из самых ранних генетических маркеров клеток-предшественников почки и впервые активируется в этих клетках. Транскрипты Odd1 обнаруживаются по всей промежуточной мезодерме / нефрогенному шнуру и в MM. Экспрессия Odd1 необходима для экспрессии Молекулярные основы онтогенеза Полесский государственный университет Страница 83 других транскрипционных факторов, включая гомеодоменовый фактор транскрипции LIM-класса Lim1 (или Lhx1), Eya1, Pax2, генов семейства Six1, 2 и 4, Sall1, WT-1 и нейротрофический глиально-производный фактор (Gdnf), который приводит к росту UB. Ген Lim1 экспрессируется в висцеральной эндодерме, а также в латеральной и промежуточной мезодерме. Впоследствии экспрессия Lim1 ограничивается нефрическим протоком, мезонефрическими канальцами и частью развивающегося метанефроса. Pax2 и Pax8 экспрессируются после активации Odd1 и Lim1 в клетках, соответствующих спецификации промежуточной мезодермы. В MM комплексы Eya-Hox-Pax и Eya-Six-Pax координируют спецификацию в результате совместной экспрессии этих регуляторов. Комплекс Eya-Hox-Pax действует как прямой активатор Six2, а также Gdnf. Эти факторы необходимы для развития нефрона, и потеря их функций в развивающейся ММ приводит к почечному агенезу или гипоплазии. Разрастание и ветвление UB. Путь Gdnf/Ret является критическим регулятором роста и ветвления UB. Gdnf, секретируемый MM, активирует комплекс Gfra1 / Ret-рецептор-тирозинкиназа и запускает прорастание Ret- позитивных клеток из нефрического протока в направлении сигнала Gdnf. Другие пути, включая факторы Wnt, Shh, Bmp, Fgf контролируют разветвление UB, играют центральную роль в сигнальных механизмах в MM и в разветвлении UB. Каноническая передача сигналов Wnt играет роль в индукции MM и в разветвлении UB. Передача сигналов Shh напрямую контролирует экспрессию трех различных классов генов, которые необходимы для нормального развития почек: ранних генов индукции и формирования паттернов почки (Pax2 и Sall1), модуляторов клеточного цикла (CyclinD1 и N-myc) и сигнальных эффекторов Hh пути (Gli1 и Gli2). BMP сигналинг грает ключевую роль в ветвлении UB. Bmp2, Bmp4 и Bmp7 экспрессируются в мезенхиме, окружающей кончики UB, и в стромальных клетках, окружающих нефрический проток и стебель выроста UB. Fgfr1 и Fgfr2 в мезенхиме имеют решающее значение для раннего образования MM и UB, а делеция обоих факторов в MM приводит к почечной аплазии с дефектами в образовании MM и начальном удлинении и ветвлении UB. СМ постепенно подвергается МЕТ (мезенхимально-эпителиальной трансформации) и приводит к формированию большей части эпителия нефрона. Six2 и Cited1 экспрессируются мультипотентными клетками- предшественниками нефрона, ответственными за генерацию всех сегментов нефрона, от подоцита до соединительного сегмента. Six2 экспрессируется CM и Молекулярные основы онтогенеза Полесский государственный университет Страница 84 ингибирует эктопическое образование претубулярных агрегатов на дистальной стороне кончика UB. Six2 и Wnt регулируют самообновление предшественников нефрона через общие регуляторные сети генов. Wnt1 является основным геном, который регулирует экспрессию большого количества генов, играющих критическую роль в развитии почек. Экспрессия Wnt1 увеличивается в предшественниках CM и способствует дифференцировке в направлении эпителиального фенотипа. Паттерн экспрессии Wnt1 предполагает основную роль в регуляции процесса МЕТ и созревания подоцитов. Среди генов-мишеней для Wnt1 важную роль отводится BMP7, который сильно экспрессируется во время раннего эмбрионального развития почек в клетках почечных предшественников, клетках UB и в зрелых подоцитах. Fgf8 экспрессируется в CM и может играть важную роль в индукции нефрона и поддержании популяции почечных предшественников в CM. Fgf8 также необходим для выживания клеток на разных стадиях нефрогенеза и для регуляции экспрессии генов в зарождающихся нефронах. Wnt4 обладает способностью вызывать MET претубулярной агрегации CM для образования RV. Для формирования паттернов PT требуется сигнальный путь Notch. Notch1, Notch2 и лиганды Dll1 и Jag1 все экспрессируются в RV. Формирующие подоциты экспрессируют сосудистый эндотелиальный фактор роста-A (Vegf-A). Экспрессия Vegf и его рецепторов временно и пространственно связана с васкуляризацией почек и идентифицирует ангиобласты, экспрессирующие Flt-1 и Flk-1 в преваскулярных эмбриональных почках. Эти данные свидетельствуют о том, что Vegf играет критическую роль в развитии почек, способствуя дифференцировке эндотелиальных клеток, образованию капилляров и пролиферации тубулярного эпителия. Дифференцировка и созревание подоцитов обусловлена экспрессией белков Kreisler и Glepp1. 3. Молекулярные механизмы закладки и образования сердца Генетические пути, которые регулируют развитие сердца, высоко консервативны у самых разных видов от мух до людей. Сердце является первым органом, формирующимся у позвоночных, и возникает в результате сложной серии морфогенетических взаимодействий с участием клеток из нескольких эмбриональных источников. Клетки-предшественники сердца, которые развиваются в дальнейшем по кардиогенному пути, находятся в передней части мезодермы латеральной Молекулярные основы онтогенеза Полесский государственный университет Страница 85 (боковой) пластинки. Процесс кардиогенеза начинается сразу после гаструляции (15 сутки эмбриогенеза у человека), в ответ на индуцирующий сигнал из прилегающей эндодермы. Ключевыми факторами индукции являются BMP, FGF, Wnt. Клетки-предшественники сердца образуют двусторонне симметричное кардиогенное поле, которое развивается дальше в параллельные сердечные зачатки, которые сливаются по средней линии, образуя примитивную сердечную трубку. Эта прямая сердечная трубка содержит внешний миокард и внутренний эндокард, отделенные внеклеточным матриксом (ECM), известным как сердечное желе. Трубчатое сердце инициирует ритмические сокращения у человека на уровне E23.0 эмбрионального развития. Из генов NK-2 семейства транскрипционный фактор Nkx-2.5 в основном участвует в развитии сердца, и дефекты по данному гену могут привести к врожденным порокам сердца, включая, но не ограничиваясь, дефектами межпредсердной перегородки. Nkx-2.5 экспрессируется в клетках- предшественниках сердца, что необходимо для правильного развития сердца и правильно сердечной функции. Во время эмбриогенеза Nkx-2.5 экспрессируется в ранних клетках мезодермы сердца в левом желудочке и предсердных камерах. У мышей, нокаутированных по Nkx-2.5, развитие сердца останавливается на стадии линейной сердечной трубки и нарушается петлевой морфогенез сердце. Было показано, что Nkx-2.5 взаимодействует с белковыми факторами GATA4 и TBX5, JAK-STAT и работает вместе с транскрипционными факторами MEF2, HAND1 и HAND2 для прямого зацикливания сердца во время раннего развития сердца. Генр GATA4 регулирует образование кардиомиоцитов. Ген MEF2 необходим для контроля дифференцировки кардиомиоцитов. HAND1 и HAND2 контролируют асимметричное развитие желудочков сердца. Nkx-2.5 также участвует во внутренних механизмах, которые регулируют развитие желудочков и предсердий. Во время формирования желудочковой камеры Nkx- 2.5 и Nkx-2.7 необходимы для поддержания клеточной идентичности кардиомиоцитов. Транскрипционный каскад с участием генов Mef2c, Bop и Hand регулирует развитие желудочковых кардиомиоцитов. Также было показано, что Nkx-2.5 связывается с промотором FGF-16 и регулирует его экспрессию. Клетки мезодермы в области глотки представляют собой второй пул кардиальных клеток-предшественников, которые дифференцируются в кардиомиоциты в артериальном полюсе сердечной трубки. Фактор транскрипции Tbx1 является основным регулятором транскрипции вторичного Молекулярные основы онтогенеза Полесский государственный университет Страница 86 поля сердца и необходим для нормального развития миокарда конотрункуса и секреции FGF. Сердце является первым органом, нарушающим двустороннюю симметрию, которая характеризует ранний зародыш. Ключевое значение в установлении лево-правой асимметрии у развивающегося зародыша имеет асимметричная экспрессия морфогена Shh на левой стороне узла Гензена, что приводит к экспрессии белков Nodal и Lefty, членов семейства трансформирующих факторов роста-β (TGF-β), в левой латеральной мезодерме. Лево-стороння экспрессия Nodal вызывает направленную на правую сторону поворот срединной линии сердечной трубки. FGF и сигнальные пути, опосредуемые рецептором активина, подавляют правостороннюю экспрессию белка Nodal. В конечном счете, Nodal-связанные пути приводят к экспрессии гомеодоменного белка Pitx2 на левой стороне внутренних органов и репрессии Pitx2 на правой стороне. Асимметричная экспрессия Pitx2 достаточна для установления левоправой асимметрии сердца, легких и кишечника, и это может происходить посредством дифференциальной регуляции Wnt-зависимых путей клеточного цикла, расположенных ниже Pitx2 в сигнальном каскаде. Молекула адгезии нервных клеток (N-CAM) также важна для развития сердца, как и нервной системы. N-CAM представляет собой гликопротеин на клеточной поверхности, который характеризуется большим разнообразием в изоформах полипептида и гликозилировании на протяжении кардиогенеза. Он экспрессируется на миоцитах сердца в миокарде и эпикардиальных и эндокардиальных клетках, а также на компонентах, которые иннервируют сердце. Паттерны его экспрессии предполагают, что он может модулировать ряд событий, включая взаимодействия кардиомиоцитов в начальной стадии эпителизации и тубулярной стадии кардиогенеза, взаимодействия развивающихся миоцитов в волокнах Пуркинье, эндокардиальную мезенхимальную трансформацию и миграцию клеток нервного гребня в сердце. |