Диссертация (1145742), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Молекулярные механизмытакой разнообразной специфичности, как было недавно установлено (Sandmann et al.,2007; Wong et al., 2014), состоят в возможности прямого взаимодействии белка Twist сэнхансерами (имеющими различную чувствительность к его концентрациям) сотенрегуляторных генов, включая tinman. Гомеодоменный ТФ Tinman (гомолог Nkx2.5)считается вторым по значимости для миогенеза у дрозофилы и ответственен заформирование сердца и дорсальной мускулатуры (Ciglar, Furlong, 2009).21Единственный гомолог генов MRF у дрозофилы называется nautilus, которыйнаиболее близок по первичной последовательности (ортологичен) гену MyoD.Динамика его экспрессии и роль в нормальном развитии весьма похожа на свойстваMRF позвоночных (Abmayr, Keller, 1997; Wei et al., 2007; Enriquez et al., 2012).
Nautilusтакже обладает истинной активностью мастер-регулятора миогенеза, посколькуспособен наделить культуру клеток миогенной судьбой, а его эктопическая экспрессияво всей мезодерме зародыша достаточна для превращения кардиобластов в мышцыстенки тела (Ciglar, Furlong, 2009). Хотя регуляция транскрипции nautilus со стороныTwist не была специально исследована, факт того, что она запускается много позженачала экспрессии twist и tinman позволяет предположить, что nautilus подчинен этимТФ в сети (Рис. 4).У нематоды Caenorhabditis elegans ортологом MyoD является HLH-1. Ондостаточен для запуска миогенеза в различных линиях ранних бластомеров, однаконокаут HLH-1 ведет к морфо-функциональным нарушениям мышц стенки тела, но неостанавливает их спецификацию (Fukushige, Krause, 2005).
Это противоречие былорешено исследованием (Fukushige et al., 2006), показавшим, что функция HLH-1частично пересекается с функциями двух других мезодермальных регуляторов – UNC120(MADS-бокссодержащийтранскрипционныйфактор,родственныйSRFпозвоночных) и HND-1 (представитель суперсемейства bHLH белков Hand).
Делециявсех трех генов приводит к полной утрате соматической мускулатуры. Сходнымобразом MyoD, Myf5 и Mrf4 обладают частично перекрывающимися функциями винициации миогенеза у мыши (Ciglar, Furlong, 2009).ВышестоящимирегуляторамигеновMRFупозвоночныхявляютсятранскрипционные факторы Pax3/7, Six1/4, Eya1/2, а также сигнальные пути Wnt,Hedgehog и BMP (Рис. 4).
В отличие от MRF гены Pax семейства не являютсятканеспецифичными для параксиальной мезодермы, экспрессируясь также внейроэктодерме, участках нервной трубки и нервном гребне (Buckingham, Rigby, 2014).В пределах мезодермы Pax3 активен в сегментационной пластинке, эпителиальныхсомитах, дермомиотоме дифференцированных сомитов и мигрирующих миогенныхклетках-предшественниках (прогениторах), обеспечивая их жизнеспособность ипролиферацию (Bentzinger et al., 2012; Buckingham, Rigby, 2014).
Pax3 напрямую можетактивировать Myf5, продукт которого в свою очередь положительно регулируеттранскрипцию MyoD. У мыши множественная мутация Pax3/Myf5(/Mrf4) ведет к22неразвитию всех скелетных мышц туловища и конечностей, при этом отсутствуеттранскрипция и MyoD, и других нижестоящих (подчиненных) факторов миогенеза(Tajbakhsh et al., 1997). С другой стороны, Pax7 проявляет свою активность позже,обнаруживаясь в центральном домене дермомиотома и происходящих из негомиогенных прогениторах на фетальных стадиях.
Pax7 также является необходимым дляподдержания популяции стволовых клеток мышечной ткани (клеток-сателлитов).Генетический анализ говорит о том, что Pax3 и Pax7 являются во многомвзаимозаменяемыми факторами, появившимися у позвоночныхврезультатедупликации анцестрального гена (Bentzinger et al., 2012). Тем не менее, специфичныйдля мезодермы дрозофилы Poxm стоит гораздо ниже в иерархии миогенныхрегуляторов, и его нокаут дает слабый фенотип с небольшими дефектами в некоторыхгруппах вентральных и латеральных мышц (Ciglar, Furlong, 2009).Six1 и Six4 считаются у позвоночных важнейшим звеном в определении судьбыклеток дермомиотома по миогенному пути (Bentzinger et al., 2012). В комплексе с Eya1и Eya2 белки Six активирую в ядре транскрипцию Pax3, MyoD, Mrf4, Myogenin (Grifoneet al., 2005).
Как и к гомологам MRF и Pax, к парам Six1 и Six4, Eya1 и Eya2, применимоправило частичной взаимозаменяемости, поскольку одиночные мутации (в отличие отдвойных Six1/Six4 или Eya1/Eya2) приводят лишь к незначительным дефектам (Grifoneet al., 2005; Bentzinger et al., 2012). У дрозофилы Six и Eya (Eyes absent) были описаныкак главнейшие регуляторы развития глаз, но также вовлечены и в процессымиогенеза. Оба гена экспрессируются в мезодерме зародыша дрозофилы подконтролем Tinman, а их мутации ведут к отсутствию нужных и эктопическомупоявлению дополнительных мышц (Clark et al., 2006).
В связи с этим Six и Eyaопределяют как достаточно низко стоящие компоненты миогенной сети насекомых(Ciglar, Furlong, 2009).И у позвоночных, и у дрозофилы мастер-генами миогенеза (MRF и Twist)позитивно и негативно управляют паракринные сигнальные молекулы Wnt, Hedgehog иBMP/dpp семейств (Ciglar, Furlong, 2009; Bentzinger et al., 2012). Примечательно, чтоисточником сигнала чаще всего служат немезодермальные ткани. Характерным дляразвития мезодермального зачатка насекомых является регуляция со сторонысигнального пути NF-κB. Материнский ТФ Dorsal (гомолог NF-κB) напрямую запускаетзиготическую экспрессию twist, которая затем поддерживается как автокаталитически,так и с помощью механотрансдукции и β-катенина (Jiang et al., 1991; Sandmann et al.,232007; Brunet et al., 2013).
Аналогичным образом NF-κB позитивно регулируетэкспрессию Twist у зародышей Xenopus (Zhang, Klymkowsky, 2009).За паттернирование миогенного материала в разных частях зародышапозвоночных ответственны ТФ из семейств Pitx, Lbx, Msx, Sim, Mox, Tbx, Lhx и др.(Buckingham, Rigby, 2014; Comai, Tajbakhsh, 2014). В определении идентичностимиобластов дрозофилы участвуют т.н. iTF (muscle identity transcription factors): Eve, S59,Kr, Msh, Col, Ap, Runt, Lb, Lms, Nau, Poxm, Vg, Sd, D-Ptx1, Tey (Joussineau de et al., 2012).Завершающей стадией миогенеза является терминальная дифференцировка,при которой миоциты сливаются в миофибриллы, появляется специфическийсократительныйаппаратинервно-мышечныеокончания.Уподавляющегобольшинства исследованных животных главнейшим драйвером этого процесса служитMADS-бокс содержащий ТФ Mef2 (Sandmann et al., 2006; Ciglar, Furlong, 2009).Энхансеры Mef2 являются прямой мишенью факторов MRF (прежде всего MyoD)позвоночных и Twist дрозофилы, что обеспечивает довольно ранний запуск экспрессииMef2 (Cripps et al., 1998).
Сам Mef2 положительной обратной связью поддерживаеттранскрипцию указанных миогенных спецификаторов, что еще больше амплифицируетсигнал и стабилизирует выбранный путь дифференцировки (Potthoff, Olson, 2007).Кроме того, Mef2 активирует в миоцитах множество структурных генов, таких какспецифичные для мышц актины, миозины, тропомиозины и т.д. (Potthoff, Olson, 2007;Comai, Tajbakhsh, 2014). Эктопически запустить миогенез Mef2 неспособен, что говорито необходимости кооперации с другими регуляторами, в частности – с гомологамиMRF, CF2 и Twist, последний из которых может физически взаимодействовать с Mef2 иимеет с ним соседствующие цис-регуляторные участки в энхансерах подчиненныхгенов (Sandmann et al., 2007).При использовании серии мутированных аллелей (Elgar et al., 2008) былопоказано, что подавление активности Mef2 у дрозофилы блокирует слияние миоцитови экспрессию поздних маркеров миодифференцировки в доза-зависимой манере.Нокдаун генов Mef2 у позвоночных ведет к сходным (хотя и менее катастрофическимиз-за наличия нескольких паралогов с перекрывающимися функциями) последствиям –дезорганизации сократительного аппарата и деградации миофибрилл (Hinits, Hughes,2007).
Примечательно, что в случае оверэкспрессия Mef2 преждевременноймиодифференцировки не происходит, что подчеркивает его роль именно в созреваниии поддержании нормальной организации саркомеров (Potthoff, Olson, 2007).24Подводя итог анализу миогенной программы развития, вслед за Сиглар иФурлонг (Ciglar, Furlong, 2009) можно отметить (Козин, Костюченко, 2016), что набор ееучастников (классов регуляторных и структурных генов) в основном стабилен даже удальнеродственных Bilateria, но топология сети и специфичность гомологичныхфакторовэволюционироваливразныхлинияхсамостоятельно(Рис.4).“Мезодермальные” bHLH факторы (паралоги MRF в совокупности и Twist) занимаютаналогичное положение в программе миогенеза позвоночных и Ecdysozoa, запускаябольшое количество батарей генов с разнообразным функционалом от пролиферациидо метаболизма и биогенеза сократительного аппарата.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
