Диссертация (1145742), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Регуляторная ось MyoD-Mef2 иTwist-Mef2 вместе с нижележащими модулями также демонстрирует определеннуюстепень консерватизма в сравнении программ мыши и дрозофилы.1.1.4. bHLH транскрипционный фактор TwistОднимиз важнейших участниковпрограммы развития мезодермы утрехслойных животных является транскрипционный фактор Twist. Он функционируетна этапах спецификации мезодермы и играет ключевую роль в этом процессе унекоторых Ecdysozoa и Deuterostomia. Именно поэтому гомолог Twist был избран дляподробного рассмотрения в связи с проблемой происхождения и развития мезодермыу полихет. Следует отметить, что у разных групп многоклеточных гомологи Twistактивны на несколько отличающихся этапах развития, в связи с чем анцестральнаяфункция Twist остается не вполне ясной.
Для установления возможной роли Twist вразвитии мезодермы у изученных нами объектов (раздел 3.1.1) рассмотрим некоторыеаспекты функционирования транскрипционного фактора Twist и его гомологов уразных представителей Metazoa.История открытияВпервые ген twist был описан у Drosophila melanogaster (Simpson, 1983; NüssleinVolhard et al., 1984). Мутация по этому гену приводила к очень ранним нарушениям вразвитии и была летальной. Во время гаструляции у мутантных гомозигот по twist неформировалась вентральная борозда и, как следствие, отсутствовала мезодерма.
Самимутанты были частично дорсализованы. Фенотип twist -/- был схож с фенотипоммутации по гену материнского эффекта dorsal, являющегося ключевым участникомспецификации дорсовентральной оси. Таким образом, первой предполагаемой25функцией гена twist стало участие в определении дорсовентральной полярности (Thisseet al., 1987a).Затем были установлены паттерны экспрессии twist на уровне мРНК (Thisse et al.,1987b) и белка (Thisse et al., 1988). Оказалось, что twist начинает экспрессироваться настадии синцитиальной бластодермы в презумптивной мезодерме и зачатках переднейи задней кишки.
Результаты иммуноцитохимического выявления белкового продуктаtwist показали его ядерную локализацию и позволили предположить, что Twistявляется транскрипционным фактором. С учетом того, что мутация по twistблокировала интернализацию презумптивной мезодермы, но не нарушала первыеэтапы морфогенеза передней и задней кишки (их инвагинация происходила), былавысказана гипотеза о том, что twist выполняет функцию спецификатора мезодермы(Thisse et al., 1988).Дальнейший мутационный анализ показал, что twist является первымзиготическим геном каскада, контролирующего развитие мезодермы у дрозофилы(Leptin, 1991). Поскольку процесс интернализации мезодермы у дрозофилы являетсяпримером эпителиально-мезенхимного перехода, возможными мишенями twist былиназваны гены, которые контролируют клеточную адгезию и/или клеточную миграцию иучаствуют в образовании вентральной борозды при гаструляции (Thisse et al., 1988;Leptin, Grunewald, 1990).Участие в эпителиально-мезенхимном переходе при канцерогенезеИнтенсивно изучаемый в настоящее время пример эпителиально-мезенхимногоперехода – метастазирование злокачественных опухолей.
Не так давно былообнаружено, что гомологи Twist у млекопитающих являются ключевыми участникамиэтого процесса (Kang, Massagué, 2004; Yang et al., 2004). Оказалось, что в опухолевыхклетках активность гомологов Twist приводит к подавлению экспрессии характерногодля эпителия Е-кадгерина и активирует синтез N-кадгерина. Супрессия гомологов Twistв клетках карциномы специфично ингибирует процесс метастазирования опухолевыхклеток из молочной железы в легкие.
Таким образом, и при канцерогенезе гомологиTwist являются неотъемлемыми участниками морфогенеза (Yang et al., 2006; Tseng etal., 2015).Характер экспрессии и предполагаемые функции гомологов Twist у MetazoaГомологи Twist найдены у представителей всех основных групп многоклеточных,начиная с книдарий (Castanon, Baylies, 2002). Актиния Nematostella vectensis26демонстрирует экспрессию Twist лишь после начала гаструляции (Martindale et al.,2004). мРНК Nv-twist распределена кольцеобразно вокруг бластопора (Рис. 5). Позавершении гаструляции и у молодых полипов Nv-twist продолжает экспрессироватьсяв энтодермальных клетках вокруг рта и глотки.Рис.
5. Распределение мРНК Twist у зародышей актинии Nematostella vectensis (поMartindale et al., 2004). А – гаструла; Б – планула. Звездочкой обозначен бластопор.У гидроидного полипа Podocoryne carnea гомолог Twist экспрессируется свосьмиклеточной стадии дробления до окончания личиночного развития (Spring et al.,2000). Экспрессия Twist возобновляется, когда полип переходит к медузоидномупочкованию.
мРНК Twist присутствует в дедифференцирующихся и пролиферирующихклетках ранней медузоидной почки и в особом мезодерма-подобном клеточном слое– энтокодоне – на более поздних стадиях. По мере развития почки экспрессия Twistисчезает из дифференцирующихся мышц, произошедших из энтокодона, носохраняется в клетках немышечной природы, которые активно пролиферируют, чтосправедливо и для отпочковавшейся медузы.
Основываясь на приведенных данных,можно сделать вывод, что ген Twist уже существовал на заре эволюции Eumetazoa иработал в активно делящихся и/или малодифференцированных клеточных популяциях.У представителя клады Ecdysozoa, Caenorhabditis elegans, гомолог Twistэкспрессируется в части мезодермальных клеток, включая предшественниковэмбриональных мышц пищеварительного тракта и клетки постэмбриональноймезодермы – производные мезобласта М (будущие мышцы стенки тела, целомоциты инеисчерченные мышцы полового аппарата), причем в дифференцированных клеткахэкспрессия уже не наблюдается (Harfe et al., 1998).
У мутантов по этому гену потомкимезобластаМмогутформироваться,27нонепроисходитихправильнойдифференцировки (Corsi et al., 2000). Предполагается, что у C. elegans гомолог twistуправляет дифференцировкой постэмбриональной мезодермы (Wang et al., 2006).Среди членистоногих, кроме дрозофилы, паттерны экспрессии Twist описаны ужука Tribolium castaneum, паука Achaearanea tepidariorum и равноногого рака Parhyalehawaiensis (Рис. 6).Рис. 6. Паттерны экспрессии гомологов Twist у зародышей артропод (по Price, Patel,2008).
Паук Achaearanea tepidariorum (spider), рак Parhyale hawaiensis (amphipod), жукTribolium castaneum (beetle) и муха Drosophila melanogaster (fly).Многочисленные исследования гена twist у дрозофилы показали, что на разныхэтапах онтогенеза он участвует в различных подпрограммах развития мезодермы(Castanon, Baylies, 2002). Во-первых, twist необходим для определения судьбы всегомезодермального зачатка (Leptin, Grunewald, 1990; Leptin, 1991; Sweeton et al., 1991;Kusch, Reuter, 1999).
twist ответственен как за приобретение мезодермальнойидентичности вентральными клетками бластодермы (спецификацию), так и заосуществление морфогенеза во время гаструляции (Рис. 7). twist запускает апикальноесжатие и обеспечивает инвагинацию вентральной борозды. Клеточный цикл такженаходится под контролем twist: перед началом впячивания проспективной мезодермыв ней происходит арест клеточных делений, который снимается после эпителиальномезенхимной трансформации (Großhans, Wieschaus, 2000).
Эта координация со28стороны twist осуществляется через циклин-зависимые киназы (Nabel-Rosen et al.,2005).Рис. 7. Иммуноцитохимическое выявление экспрессии twist у зародышей Drosophilamelanogaster (по Leptin, Grunewald, 1990; Leptin, 1991). А, Б – поперечные срезы,дорсальная сторона внизу; В – вентральная проекция, передний конец слева. А –начало формирования вентральной борозды; Б, В – завершение инвагинациимезодермы.Во-вторых, после гаструляции twist экспрессируется в виде полос с разнойинтенсивностью в пределах каждого мезодермального сегмента (Baylies, Bate, 1996).Высокий уровень экспрессии twist ведет к формированию соматических мышц иблокирует развитие других мезодермальных производных (висцеральной мезодермы,сердца).
Это подтверждается экспериментами, в которых эктопическая экспрессия twistв эктодермальных клетках репрограммировала их в направлении мышечнойдифференцировки (Baylies, Bate, 1996). Таким образом, twist является селектороммиогенной дифференцировки в эмбриогенезе, а также участвует в спецификации частиклеток-основательниц соматической мускулатуры (Baylies, Bate, 1996; Furlong et al.,2001; Furlong, 2004).Наконец,экспрессияtwistподдерживаетнедифференцированныхпредшественников взрослой мускулатуры в состоянии пролиферирующих миобластов.Это продолжается вплоть до начала метаморфоза. Экспрессия twist исчезает на стадии29ранней куколки, когда начинается дифференцировка дефинитивной мускулатуры (Bateet al., 1991; Currie, Bate, 1991).Развитие Tribolium castaneum имеет ряд существенных отличий, но, как и удрозофилы, гомолог Twist у этого насекомого начинает экспрессироваться очень рано впрезумптивной мезодерме (Sommer, Tautz, 1994; Handel et al., 2005). T.
castaneumявляется насекомым с короткой зародышевой полоской, поскольку лишь сегментыголовы образуются единовременно, а сегменты груди и брюшка формируютсяпоследовательно из зоны роста. После гаструляции экспрессия Tc-twist остается тольков мезодерме трех головных сегментов и в терминальной части зоны роста.
Механизмобразования мезодермы из зоны роста до сих пор остается непонятым. Известно, чтопо мере образования новых сегментов экспрессия Tc-twist в них возобновляется, адомен экспрессии в зоне роста сокращается и исчезает вовсе, когда все сегментысформированы. В любом случае, когда бы ни происходила спецификация мезодермыабдоминальных сегментов у Tribolium, все мезодермальные клетки рано или позднопроходят этап экспрессии Tc-twist.Интересные данные по развитию мезодермы были получены на паукеAchaearanea tepidariorum (Yamazaki et al., 2005; Oda et al., 2007). Предполагается, чтогомолог Twist у этого животного демонстрирует исключительно мезодермальнуюэкспрессию как раз в момент интернализации мезодермы (Рис. 6).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
