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

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.

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 87

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 88
2. Морфогенетическое поле конечности. Гомеозисные гены,
принимающие участие в формировании передне-задней оси
конечности. Роль фактора роста фибробластов FGF10
Морфогенетическое поле представляет собой совокупность клеток, детерминированную как целостный зачаток органа. Морфогенетические поля конечностей образуются до появления морфологических признаков конечностей и занимают площадь, превосходящую площадь реального зачатка конечности. В пределах поля все его участки способны к образованию конечности. В момент своего появления поле детерминировано как целое, и обладает способностью к регуляции: после удаления половины поля из оставшейся половины развивается нормальная конечность. С самого момента своего возникновения поле поляризовано вдоль переднезадней и дорсовентральной оси. Появление морфологически обособленного зачатка конечности сопровождается регионализацией поля, которое по мере развития подразделяется на отдельные субзоны – зачатки элементов конечности.
Местоположение полей, а затем и зачатков конечностей, определяется экспрессией Hox-генов. В латеральной мезодермальной пластинке эмбриона инициируется локальная экспрессия фактора роста фибробластов FGF-10, который предопределяет активность генов семейства tbx. В области экспрессии tbx5 у зародышей закладывается поле передней конечности, а в области экспрессии генов tbx4 и pitx1 – задней.
3. Почка конечности. Области формирования трехмерной
структуры конечности. Роль апоптоза
Почка конечности (зачаток конечности) образуется в результате скоординированных во времени и пространстве событий: миграция клеток мезенхимы и их пролиферация; изгибание эктодермы. Мезенхима,
«выселяющаяся» из латеральной мезодермальной пластинки, в ходе дифференциации конечности образует элементы скелета, мезенхима из миотомов сомитов дает мышечные элементы, а из нервного гребня –
соединительную ткань.
В почке конечности выделяют три области, регулирующие формирование трехмерной структуры конечности (дорсовентральной, проксимодистальной, переднезадней осей):
1) апикальный эктодермальный гребень (АЭГ);