Файл: Учреждение образования полесский государственный университет в. Т. Чещевик молекулярные основы.pdf

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 68 постмитотических клеток в зависимости от времени возникновения дочерних клеток, что приводит к активации экспрессии различных транскрипционных факторов. Наиболее ранние клетки экспрессируют Hb (hunchback), промежуточные клетки экспрессируют pdm-1, и более поздние клетки экспрессируют castor (cas).

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 69
ТЕМА 13
МОЛЕКУЛЯРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ
РАЗВИТИЯ НЕРВНОГО ГРЕБНЯ
1. Нервный гребень: образование, производные.
2. Молекулярные механизмы миграции клеток нервного гребня.
1. Нервный гребень: образование, производные
Нервный гребень возникает в результате взаимодействия между поверхностной эктодермой и нервной пластинкой. Сигналом, индуцирующим образование нервного гребня, является белок гена Wnt-6, который продуцируется клетками поверхностной эктодермы по бокам нервной пластинки, а также белки генов семейства BMP, которые экспрессируются в клетках нервных валиков, и fgf8, который продуцируется подлежащей мезодермой. После установления границы нервной пластинки происходит активация генов спецификации нервного гребня (Zic фактор, Msx-1/2, Pax-3/7), которые опосредуют воздействие транскрипционных факторов Wnt, BMP, FGF и предшествуют экспрессии генов-маркеров нервного гребня. После этого происходит экспрессия генов, специфичных для нервного гребня (Slug/Snail,
FoxD3, Sox-9,10, AP-2 and c-Myc). Помимо специфических генов-маркеров нервного гребня экспрессируются еще два фактора транскрипции Twist и Id.
Twist, транскрипционный фактор bHLH, необходимый для мезенхимной дифференциации. Id является мишенью действия c-Myc и имеет важное значение для поддержания стволовых клеток нервного гребня. Кроме того, специфичные гены-маркеры нервного гребня запускают экспрессию эффекторных генов, которые придают клеткам определенные свойства, такие как миграция и мультипотентность. Два гена-эффектора нервного гребня, Rho
GTPases и кадгерины участвуют в деламинации клеток, регулируя морфологию клеток и адгезивные свойства. Sox9 и Sox10 регулируют дифференцировку нейрального гребня, активируя многие эффекторные гены, специфичные для определенного типа клеток.
Из клеток нервного гребня образуются мезодермальные клетки (гладкие мышечные клетки, остеобласты, остеокласты, адипоциты, хондроциты) и эктодермальные клетки (меланоциты, нейроны, шванновские клетки).
К производным нервного гребня относятся:
Мезэктодермального происхождения: одонтобласты, хондрокраниум,

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 70 трахеальный и гортанный хрящи, дерматокраниум (мембранные кости), спинные плавники и пластрон черепах, перициты и гладкие мышцы бронхиальных артерий и вен, сухожилия глазных и жевательных мышц, соединительная ткань желез головы и шеи (гипофизарной, слюнной, слезной, тимуса, щитовидной), дерма и жировая лица.
Эндокринные клетки: хромаффинные клетки надпочечникового мозгового вещества, клетки I / II типа гломерулы.
Периферическая нервная система: сенсорные нейроны и глии спинно- мозговых ганглиев, черепно-мозговые ганглии (VII и частично V, IX и X), клетки всех вегетативных и сенсорных ганглиев, шванновские клетки периферических нервов.
Клетки кишечника: энтерохромафинные клетки.
Меланоциты и ирисовые мышцы и пигментные клетки, и даже связанные с некоторыми опухолями (такими как нейроэктодермальная опухоль).
2. Молекулярные механизмы миграции клеток нервного
гребня
Миграция клеток нервного гребня связана с высоко скоординированным каскадом событий, который начинается со смыкания на дорсальной стороне нервной трубки.
Процесс деламинации предшествует процессу миграции клеток нервного гребня. В головной части эмбриона деламинация клеток происходит до момента смыкания стенок нервной трубки, в туловищной части – после смыкания стенок нервной трубки. Клетки нервного гребня первоначально тесно связаны с соседними клетками за счет белков (окклюдин, N-CAM и N-
Cadherin). Дорсально экспрессируемые BMP белки инициируют деламинацию, индуцируя экспрессию транскрипционных факторов, содержащих домен
«цинковые пальцы» (slug, snail, twist). Эти факторы играют прямую роль в индуцировании эпителиально-мезенхимного перехода за счет снижения экспрессии окклюдина и N-кадгерина и вызывая модификацию NCAM остатками полисиаловой кислоты для снижения их адгезивных свойств. В частности, белок Slug активирует факторы, которые приводят к диссоциации крепких связей между клетками нервного гребня, что способствует изменению формы и свойств данных клеток, делая их подобными клеткам мезенхимы. Во время эпителиально-мезенхимной трансформации мигрирующие клетки нервного гребня прекращают экспрессию молекул клеточной адгезии (N- и E- кадгерина, N-CAM – молекулы адгезии нервных клеток), которая

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 71 восстанавливается лишь после повторного объединения данных клеток с целью образования спинальных и симпатических ганглиев. Клетки нервного гребня также начинают экспрессировать протеазы, способные разрушать кадгерины типа ADAM10 и секретируют металлопротеиназы матрикса (ММР), которые приводят к деградации вышележащей базальной пластинки нервной трубки с целью обеспечения возможности миграции клеток нервного гребня. Кроме того, клетки нервного гребня начинают экспрессировать интегрины, которые ассоциируются с белками внеклеточного матрикса, включая коллаген, фибронектин и ламинин, во время миграции. Как только базальная пластинка станет проницаемой, клетки нервного гребня могут начать мигрировать по всему эмбриону.
Миграция. Миграция клеток нервного гребня происходит в рострально- каудальном направлении. По этой причине процесс миграции клеток гребня называется «свободной миграцией». Миграция клеток нервного гребня происходит на основе отталкивающего действия посредством EphB / EphrinB и семафорин / нейропилин сигналинга, взаимодействия с внеклеточным матриксом и контактного торможения друг с другом. Растущие клетки нервного гребня экспрессируют EphB, рецепторную тирозинкиназу, которая связывает трансмембранный лиганд EphrinB, который экспрессирован в наибольшей степени в каудальной половине каждого сомита. В результате взаимодействия лиганда и рецептора происходит фосфорилирование тирозина рецептора, активация rhoGTPases и перегруппировка цитоскелета в клетках гребня, вызывая их отталкивание. Это явление позволяет клеткам нервного гребня проходить через ростральную часть каждого сомита.
Семафорин/нейропилин сигналинг действует синергически с EphB сигналингом, направляя клетки нервного гребня вниз по ростральной половине сомитов. Клетки нервного гребня экспрессируют β1 и α4 интегрины, что позволяет связываться и управлять взаимодействием клеток с коллагеном, ламинином и фибронектином внеклеточного матрикса при их движении. Кроме того, клетки нервного гребня имеют внутреннее контактное торможение при встрече друг с другом при проникновении в ткани различного происхождения, такие как, например, мезодерма.
Дальнейшая дифференциация и спецификация клеток нервного гребня обусловлена пространственно-временным воздействием таких морфогенов как
BMP, Wnt, FGF, Hox и Notch.
Пути миграции клеток нервного гребня:
Клетки, мигрирующие из головной (краниальной) части нервного гребня.
Данные клетки образуют черепно-лицевую мезенхиму, которая

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 72 дифференцируется в хрящ и кость, черепные нейроны и глии и соединительные ткани лица. Другие клетки идут по пути, пересекающие глоточные структуры, где они образуют клетки тимуса, одонтобласты зубных зачатков и кости среднего уха и челюсти. Каудальнее 6-й жаберной дуги дают начало клапанам сердца и соответствующим ганглиям.
Клетки, мигрирующие из туловищной части нервного гребня. В области сомитов 8-28). Клетки проходят один из трех путей. а) Дорсолатеральный путь: образование меланоцитов. Эти клетки проходят через дерму, попадая в эктодерму через отверстия в базальной пластине. Здесь они колонизируют кожу и волосяных фолликулов. б) Вентролатеральный путь: клетки нервного гребня проходят более вентрально через переднюю половину каждого склеротома.
Склеротомы состоят из сегментированных участков мезодермы, полученной из сомитов, которые дифференцируются в позвоночный хрящ. Передняя и задняя части каждого склеротома экспрессируют разные молекулы лигандов и транскрипционных факторов. Клетки, проходящие через переднюю часть склеротома, образуют спинномозговые ганглии. в) Клетки третьего дорсовентрального пути миграции формируют симпатические ганглии, мозговое вещество надпочечников (рядом с сомитами 18-24) и нервные кластеры, окружающие аорту. Клетки из рострального нервного гребня также колонизируют пищевод и желудок.

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 73

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