Иногда развитие клеток нервного гребня идет неправильно, вызывая врожденные дефекты, поражающие такие разные области, как голова, сердце или кишечник. То, как эти состояния, известные под общим названием нейрокристопатии, проявляются, зависит от подмножества вовлеченных клеток нервного гребня: например, дисфункция популяции, движущейся к лицу, приводит к дефектам челюсти, лицевой мускулатуры, языка, зубов или неба, среди прочего.
Учитывая важность клеток нервного гребня во всем организме, биологи внимательно изучили факторы, которые важны для их образования, миграции и созревания.
Теперь статья из лаборатории Пола Трейнора, доктора философии.D., Исследователь из Института медицинских исследований Стоуэрса описывает парадигму, в которой клетки нервного гребня формируются нормально, правильно мигрируют, но созревают неправильно. Эта статья, опубликованная в декабре. 19, 2013, выпуск PLOS Genetics, характеризует мутантную мышь, которая имитирует врожденное заболевание, известное как сингнатия, при котором дети рождаются со сросшимися верхней и нижней челюстями и связанными с ними лицевыми аномалиями.
Это открытие дает надежду на лучшее понимание сингнатии, которое является относительно редким заболеванием, и других более распространенных черепно-лицевых заболеваний, влияющих на развитие челюсти. «Почти треть всех врожденных дефектов приходится на голову и лицо», – говорит Трейнор, отмечая, что в большинстве случаев виноваты проблемы, связанные с клетками нервного гребня. "Наша основная мотивация всегда заключалась в том, чтобы понять, что вызывает их."
Отправной точкой для новой работы стал молекулярный поиск, проведенный лабораторией Trainor для выявления генов, необходимых для правильной миграции или созревания нервного гребня. Один из появившихся кандидатов кодировал белок под названием Foxc1, который эмбрионально экспрессируется в мезодермальных клетках и тканях нервного гребня головы, непосредственно прилегающих к развивающемуся глотке.
Молекулярные генетики обычно оценивают то, что делает ген, уничтожая или «нокаутируя» этот ген у животного, а затем наблюдая, что происходит. Чтобы проверить функцию Foxc1, Ким Инман, Ph.D., бывший научный сотрудник лаборатории Трейнора и первый автор исследования тщательно проанализировал крохотные лицевые кости, а также лицевой хрящ новорожденных «нокаутных» мышей Foxc1, используя красную и синюю окраску, которая позволяет различать эти два вида.
«Мы сразу увидели, что компоненты верхней челюсти деформированы и срослись с зубной костью нижней челюсти», – говорит Инман, отмечая, что у мышей также наблюдались аномальные лицевые мышцы и плохое формирование височно-нижнечелюстного сустава, шарнира, который позволяет челюсти открываться и близко. «Когда мы видим подобные дефекты, мы сразу подозреваем отказ нервного гребня."
Исследование подтверждает эти подозрения с неожиданной неожиданностью. Когда команда использовала маркеры клеток нервного гребня мыши, чтобы визуализировать клетки, движущиеся к головке эмбриона, они наблюдали довольно нормальную миграцию.
Однако по прибытии в области формирования челюстей нервные клетки, которые обычно созревали в клетки, продуцирующие кость, теперь делали это в неподходящих местах.
Одна из интерпретаций новых результатов заключается в том, что у нормальных животных Foxc1, который является ДНК-связывающим белком, регулирует экспрессию факторов, которые либо формируют мягкие ткани лица, либо блокируют построение кости, либо и то, и другое.
Фактически, исследование создает существенный случай, что один нижестоящий сигнальный фактор, экспрессируемый в эмбриональной челюсти, известный как Fgf8, является именно такой мишенью Foxc1. Таким образом, мыши (и предположительно люди), несущие дефектный ген Foxc1, будут демонстрировать «сингнатические» черты из-за потери этих сигналов.
Лаборатория Trainor также специализируется на нейрокристопатиях, вызванных нарушением размножения или миграции клеток, таких как более распространенное черепно-лицевое заболевание, называемое синдромом Тричера-Коллинза, при котором у детей обнаруживаются маленькие подбородки или челюсти вместе с расщелиной неба, опущенными глазными щелями и аномалиями ушей, ведущими к потере слуха.
«В таком состоянии, как Тричер Коллинз, мы видим неспособность производить достаточное количество клеток в начале миграции, в то время как в сингнатии клетки формируются правильно, но из-за потери Foxc1 образуют кость в неподходящем месте», – говорит Трейнор. "Это означает, что просто не будет одного способа справиться со всеми этими расстройствами. Если вы хотите предотвратить или лечить их, вы должны понимать, как происходит их клеточное и генетическое происхождение."
Инман, ныне доцент естественных наук в Университете штата Шауни в Портсмуте, штат Огайо, добавляет, что черепно-лицевые расстройства несут особую стигму, о чем свидетельствует отрезвляющее резюме более 50 историй болезни человека сингнатии, которое она собрала для статьи.
В этой таблице указана степень сращения челюстей, а также показаны ли пациенты также расщелина неба или пороки развития языка. Некоторые пациенты умерли в младенчестве, предположительно от нарушения питания, а другие выжили благодаря хирургическому вмешательству.
«Нам необходимо разработать новые способы лечения черепно-лицевых дефектов из-за их огромной медицинской необходимости», – говорит она. "Но в этом состоянии мы также говорим о лице, которое вы представляете миру.
Это лицо определяет, как вы едите, разговариваете и взаимодействуете с другими. Структура лица, как и у всех остальных, – огромная часть того, кто вы есть."