A CDC42 szükséges az epicardialis és pro-epicardialis fejlődéshez azáltal, hogy közvetíti az FGF-receptor kereskedelmét a plazmamembránra

Jingjing Li

1 Molekuláris és Sejtélettani Tanszék, Albany Medical College, Albany, NY 12208, USA

cdc42

Lianjie Miao

1 Molekuláris és Sejtélettani Tanszék, Albany Medical College, Albany, NY 12208, USA

2 Transzlációs Orvostudományi Intézet, Nanchang Egyetem, Nanchang 330031, Kína

3 Élettudományi Egyetem, Nanchang Egyetem, Nanchang 330031, Kína

Chen Zhao

1 Molekuláris és Sejtélettani Tanszék, Albany Medical College, Albany, NY 12208, USA

Wasay Mohiuddin Shaikh Qureshi

1 Molekuláris és Sejtélettani Tanszék, Albany Medical College, Albany, NY 12208, USA

David Shieh

1 Molekuláris és Sejtélettani Tanszék, Albany Medical College, Albany, NY 12208, USA

Hua Guo

1 Molekuláris és Sejtélettani Tanszék, Albany Medical College, Albany, NY 12208, USA

Yangyang Lu

1 Molekuláris és Sejtélettani Tanszék, Albany Medical College, Albany, NY 12208, USA

Saiyang Hu

1 Molekuláris és Sejtélettani Tanszék, Albany Medical College, Albany, NY 12208, USA

Alice Huang

1 Molekuláris és Sejtélettani Tanszék, Albany Medical College, Albany, NY 12208, USA

Lu Zhang

4 Fejlődési és regeneratív biológia, Mount Sinai Kórház, New York, NY 10029, USA

Chen-leng Cai

4 Fejlődési és regeneratív biológia, Mount Sinai Kórház, New York, NY 10029, USA

Leo Q. Wan

5 Orvostechnikai Tanszék, Rensselaer Politechnikai Intézet, 110. 8. utca, Biotech 2147, Troy, NY 12180, USA

Hongbo Xin

2 Transzlációs Orvostudományi Intézet, Nanchang Egyetem, Nanchang 330031, Kína

3 Élettudományi Egyetem, Nanchang Egyetem, Nanchang 330031, Kína

Peter Vincent

1 Molekuláris és Sejtélettani Tanszék, Albany Medical College, Albany, NY 12208, USA

Harold A. Singer

1 Molekuláris és Sejtélettani Tanszék, Albany Medical College, Albany, NY 12208, USA

Yi Zheng

6 Kísérleti Hematológiai és Rákbiológiai Osztály, Cincinnati Gyermekkórház Orvosi Központ, Cincinnati, OH 45229, USA

Ondine Cleaver

7 Molecular Biology, UT Southwestern, Dallas, TX 75390, USA

Zhen-Chuan rajongó

8 Nemzetközi Egészségügyi Biotechnológiai Együttműködési Kutatóközpont, Tianjin Tudományos és Technológiai Egyetem, Tianjin 300457, Kína

Mingfu Wu

1 Molekuláris és Sejtélettani Tanszék, Albany Medical College, Albany, NY 12208, USA

Absztrakt

BEVEZETÉS

Az epicardium, amely egyetlen, a szívet borító laphámsejtekből (EC) áll, a koszorúér simaizom sejtjeinek és a szív fibroblasztjainak fő forrása (Acharya et al., 2012; Dettman et al., 1998; Gittenberger- de Groot és mtsai, 1998; Lie-Venema és mtsai, 2007; Manner, 1999; Mikawa és Fischman, 1992; Mikawa és Gourdie, 1996; Vrancken Peeters és mtsai, 1999). Amellett, hogy a fejlődés során hozzájárul a szívvonalak kialakulásához, részt vesz a sérülés stressze alatti szívregenerációban is növekedési faktorok szekréciójával és a szívvonalbeli sejtekhez való differenciálódással (Lepilina et al., 2006; Russell et al., 2011; van Wijk et. al., 2012; Wang és mtsai, 2015; Zhou és mtsai, 2011). A szívfejlődésben és a regenerációban betöltött alapvető szerepe ellenére a pro-epicardium (PE) epikardium képződésének alapjául szolgáló sejtmechanizmusok nem teljesen ismertek, és a molekuláris jelátviteli utak és az alapul szolgáló genetikai mechanizmusok továbbra sem tisztázottak.

A PE egy átmeneti szőlőcsomó-szerkezet, amely a sinus venosus felszínén helyezkedik el az embrionális szív vénás pólusa közelében (Kuhn és Liebherr, 1988; Manasek, 1969; Mikawa és Gourdie, 1996; Viragh és Challice, 1981). . A PE különféle progenitor sejtekből áll, amelyek különböző szívvonalakat eredményeznek attól a PE régiótól függően, amelyből a sejtek származnak (Katz et al., 2012; Keith és Bolli, 2015). Egérben, körülbelül embrionális napon (E) 9.0, a pro-epicardialis sejtek (PEC-ek) disszociálnak a PE-ről, transzlokálódnak a pericardialis üregben, majd a szív felületéhez kapcsolódnak. A szívhez érve a sejtek szétterjednek, és végül a szívet egyszerű epikardiumként ismert hámsejtként burkolják. Az EC-k egy része az epikardiális-mezenhimális átmeneten (EMT) megy át, és a szívfejlődés és a szívregeneráció során különböző szívsejt-típusokká differenciálódik (Cai et al., 2008; Dettman et al., 1998; Mikawa és Fischman, 1992; Mikawa és Gourdie, 1996; Wu és mtsai, 2010; Zhou és mtsai, 2011, 2008).

Hogy a PEC-k hogyan jutnak el a szívig, még nem teljesen tisztázott, de úgy gondolják, hogy fajspecifikus. A madárfejlődés során a PE kiterjeszti a blebszerű villiákat, amelyek átmeneti szöveti hidat képeznek, amely BMP-függő módon összekapcsolja a PEC-ket a hurkoló szív hátsó felületének bizonyos helyeivel (Ishii et al., 2010). Az emlős embriókban a PEC-k szabadon lebegő cisztaként szabadulnak fel, amelyek áttelepülnek a szívburoküregbe, hogy elérjék a szívet, és a kamrai felületen epikardiális szigeteket képezzenek (Hirose et al., 2006; Sengbusch et al., 2002). Ezek az epikardiális szigetek ezután elterjedtek, és az epikardiális lapok elszigetelt foltjait képezik, amelyek ezt követően egyesülnek az epicardium kialakulásához (Komiyama et al., 1987; Viragh és Challice, 1981). Az egereken azonban azt is kimutatták, hogy a PEC-k a szívizomba transzlokálódnak a szívizom közvetlen érintkezésével a szívizomban (Rodgers et al., 2008). Az ebben a tanulmányban alkalmazott megközelítéseket, például a PE-vonalkövetést és az egész szívből álló háromdimenziós (3D) képalkotást úgy tervezték, hogy részletesen feltárja ezeket a mechanizmusokat és megoldja a vitát.

A PEC disszociációját és transzlokációját szabályozó potenciális sejtmechanizmus a sejtpolaritás. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a Par3 szükséges a PEC-disszociációhoz a PEC-polaritás megállapításával és a sejt-sejt és sejt-extracelluláris mátrix interakciókból származó polaritási jelek értelmezésével (Hirose et al., 2006). A sejtosztódás-ellenőrző fehérje, a CDC42 a Rho család kicsi GTPáza, amely elengedhetetlen a sejtpolaritás megállapításához (Cau és Hall, 2005). Különböző sejtszignálokra reagálva a mindenütt expresszált CDC42 ciklusok a GDP-hez kötött inaktív állapot és a GTP-hez kötött aktív állapot között a GTPáz-aktiváló fehérjék, a guanin-nukleotid-cserefaktorok és a guanin-nukleotid-disszociáció-gátlók révén (Bernards, 2003; Etienne -Manneville és Hall, 2002; Jaffe és Hall, 2005; Olofsson, 1999; Schmidt és Hall, 2002). A CDC42 az angiogenezist a VEGFR2 (KDR) leválasztásával (Jin et al., 2013) és az endoteliális sejtadhézió citoszkeletális támogatásával szabályozza (Barry és mtsai., 2015), valamint szabályozza a Drosophila és az egér szív morfogenezisét (Li et al., 2017; Vogler et al., 2014). A CDC42 anti-hipertrófiás kapcsolót biztosít a felnőtt szívben (Maillet és mtsai., 2009), és a felnőttek szívfunkcióit az Nkx2.5-gyel szinergikusan szabályozza fajonként (Qian és mtsai, 2011). Hogy a CDC42 részt vesz-e az epikardium fejlődésében, azt nem vizsgálták.

Ebben a tanulmányban azt tapasztaltuk, hogy az egér PEC-k villous vetületek, ciszta képződés és a PE-vel közvetlenül érintkező szív révén jutnak el a szívbe, amint arról korábban beszámoltunk (Rodgers et al., 2008); ráadásul egy negyedik mechanizmusról számolunk be, amelyben a PEC-k a beáramló traktus felszínén vándorolva jutnak el a kamráig. Amikor a Cdc42-et Tbx18 Cre/+ -on keresztül törölték a PE-ben, hogy feltételes kiütést (CKO) hozzanak létre, az úszó ciszták és a villás vetületek képződése megszakadt. A CKO PEC-i a beáramló traktus mentén a kamra felé vándoroltak, és a PE és a szív közvetlen érintkezésével transzlokálódtak. Ez a két mechanizmus azonban a CKO-ban nem eredményezte az epicardium teljes kialakulását, ami végül embrionális letalitást okozott. Az indukálható CKO-val (iCKO) végzett további mozaik vizsgálatok azt mutatták, hogy a Cdc42 deléciója PEC-ben rontotta a sejtdinamikát. Megállapítottuk továbbá, hogy az FGF2 CDC42-függő módon szabályozza a PEC disszociációját és transzlokációját, és hogy a CDC42 szükséges az FGF receptor sejtmembránhoz történő kereskedelméhez. Ez a tanulmány azt jelzi, hogy a CDC42 a PE fejlődésének több lépését szabályozza, beleértve a PEC polaritásának megállapítását és az FGFR1 sejtmembránhoz történő kereskedelmének ellenőrzését.