Jingjing Li

1 Катедра по молекулярна и клетъчна физиология, Медицински колеж Олбани, Олбани, NY 12208, САЩ

необходим

Lianjie Miao

1 Катедра по молекулярна и клетъчна физиология, Медицински колеж Олбани, Олбани, NY 12208, САЩ

2 Институт по транслационна медицина, Университет Нанчанг, Нанчанг 330031, Китай

3 School of Life Sciences, Nanchang University, Nanchang 330031, China

Чен Джао

1 Катедра по молекулярна и клетъчна физиология, Медицински колеж Олбани, Олбани, NY 12208, САЩ

Уасай Мохиудин Шейх Куреши

1 Катедра по молекулярна и клетъчна физиология, Медицински колеж Олбани, Олбани, NY 12208, САЩ

Дейвид Ший

1 Катедра по молекулярна и клетъчна физиология, Медицински колеж Олбани, Олбани, NY 12208, САЩ

Хуа Гуо

1 Катедра по молекулярна и клетъчна физиология, Медицински колеж Олбани, Олбани, NY 12208, САЩ

Yangyang Lu

1 Катедра по молекулярна и клетъчна физиология, Медицински колеж Олбани, Олбани, NY 12208, САЩ

Саянг Ху

1 Катедра по молекулярна и клетъчна физиология, Медицински колеж Олбани, Олбани, NY 12208, САЩ

Алис Хуанг

1 Катедра по молекулярна и клетъчна физиология, Медицински колеж Олбани, Олбани, NY 12208, САЩ

Лу Джан

4 Развитие и регенеративна биология, болница Mount Sinai, Ню Йорк, NY 10029, САЩ

Chen-leng Cai

4 Развитие и регенеративна биология, болница Mount Sinai, Ню Йорк, NY 10029, САЩ

Лео К. Уан

5 Катедра по биомедицинско инженерство, Rensselaer Polytechnic Institute, 110 8th street, Biotech 2147, Troy, NY 12180, USA

Хонгбо Син

2 Институт по транслационна медицина, Университет Нанчанг, Нанчанг 330031, Китай

3 School of Life Sciences, Nanchang University, Nanchang 330031, China

Питър Винсент

1 Катедра по молекулярна и клетъчна физиология, Медицински колеж Олбани, Олбани, NY 12208, САЩ

Харолд А. Сингър

1 Катедра по молекулярна и клетъчна физиология, Медицински колеж Олбани, Олбани, NY 12208, САЩ

Yi Zheng

6 Отдел по експериментална хематология и биология на рака, Медицински център за детска болница в Синсинати, Синсинати, OH 45229, САЩ

Ондин Клийвър

7 Молекулярна биология, UT Southwestern, Далас, Тексас 75390, САЩ

Фен на Жен-Чуан

8 Международен център за съвместни изследвания за здравна биотехнология, Университет за наука и технологии в Тиендзин, Тиендзин 300457, Китай

Мингфу Ву

1 Катедра по молекулярна и клетъчна физиология, Медицински колеж Олбани, Олбани, NY 12208, САЩ

Резюме

ВЪВЕДЕНИЕ

Епикардът, който се състои от един слой сквамозни епикардни клетки (ECs), който покрива сърцето, е основният източник на коронарни гладкомускулни клетки и сърдечни фибробласти (Acharya et al., 2012; Dettman et al., 1998; Gittenberger- de Groot et al., 1998; Lie-Venema et al., 2007; Manner, 1999; Mikawa and Fischman, 1992; Mikawa and Gourdie, 1996; Vrancken Peeters et al., 1999). Освен че допринася за сърдечните линии по време на развитието, той също така участва в сърдечната регенерация под стрес от нараняване чрез секретиране на растежни фактори и диференциране към сърдечните клетки от родовия ред (Lepilina et al., 2006; Russell et al., 2011; van Wijk et, 2012; Wang et al., 2015; Zhou et al., 2011). Въпреки съществената му роля за сърдечното развитие и регенерация, клетъчните механизми, залегнали в основата на образуването на епикард от проепикарда (PE), не са напълно изяснени, а молекулярните сигнални пътища и основните генетични механизми остават неясни.

PE е преходна гроздова структура, подобна на грозде, разположена на повърхността на sinus venosus близо до венозния полюс на ембрионалното сърце (Kuhn and Liebherr, 1988; Manasek, 1969; Mikawa and Gourdie, 1996; Viragh and Challice, 1981) . PE се състои от различни предшественици, които пораждат различни сърдечни линии в зависимост от региона на PE, от който са получени клетките (Katz et al., 2012; Keith and Bolli, 2015). При мишки, приблизително на ембрионален ден (E) 9.0, проепикардиалните клетки (PEC) се отделят от PE, транслоцират се през перикардната кухина и след това се прикрепват към сърдечната повърхност. Когато стигнат до сърцето, клетките се разпространяват и в крайна сметка обвиват сърцето като обикновен плосък епител, известен като епикард. След това подгрупа от ЕС ще претърпи епикарден-мезенхимен преход (EMT) и ще се диференцира в различни типове сърдечни клетки по време на сърдечно развитие и регенерация на сърцето (Cai et al., 2008; Dettman et al., 1998; Mikawa and Fischman, 1992; Mikawa Gourdie, 1996; Wu et al., 2010; Zhou et al., 2011, 2008).

Начинът, по който PEC достигат до сърцето, не е напълно изяснен, но се смята, че е специфичен за видовете. В развитието на птиците PE се разширява подобно на бълбока, което образува преходен тъканен мост, който свързва PECs със специфични места на дорзалната повърхност на цикличното сърце по BMP-зависим начин (Ishii et al., 2010). При ембрионите на бозайници PEC се освобождават като свободно плаващи кисти, които се транслоцират през перикардната кухина, за да достигнат до сърцето и образуват епикардни острови на вентрикуларната повърхност (Hirose et al., 2006; Sengbusch et al., 2002). След това тези епикардни острови се разпространяват, за да образуват изолирани петна от епикардни листове, които впоследствие се слеят, за да образуват епикарда (Komiyama et al., 1987; Viragh and Challice, 1981). Обаче при мишки също беше демонстрирано, че PECs се транслоцират в сърцето чрез директен контакт на PE с миокарда (Rodgers et al., 2008). Подходите, които приложихме в това проучване, като проследяване на родословната линия на РЕ и триизмерно (3D) изобразяване на цялото сърце, бяха предназначени да разкрият подробно тези механизми и да разрешат противоречието.

Потенциален клетъчен механизъм, регулиращ дисоциацията и транслокацията на PEC, е клетъчната полярност. Предишни проучвания показват, че Par3 е необходим за дисоциацията на PEC чрез установяване на полярността на PEC и интерпретиране на сигналите за полярност от взаимодействията между клетъчни клетки и клетки и извънклетъчен матрикс (Hirose et al., 2006). Контролният протеин за клетъчно делене CDC42 е малка GTPase от семейство Rho, която е от съществено значение за установяване на клетъчната полярност (Cau и Hall, 2005). В отговор на различни клетъчни сигнали, повсеместно експресираните CDC42 цикли между свързано с ГДП неактивно състояние и свързано с GTP активно състояние чрез действията на GTPase активиращи протеини, гуанинови нуклеотидни обменни фактори и инхибитори на дисоциацията на гуаниновите нуклеотиди (Bernards, 2003; Etienne -Manneville and Hall, 2002; Jaffe and Hall, 2005; Olofsson, 1999; Schmidt and Hall, 2002). CDC42 регулира ангиогенезата чрез отделяне на VEGFR2 (KDR) (Jin et al., 2013) и цитоскелетна поддръжка на адхезия на ендотелни клетки (Barry et al., 2015) и регулира морфогенезата на дрозофила и сърцето на мишки (Li et al., 2017; Vogler et ал., 2014). CDC42 осигурява антихипертрофичен превключвател в сърцето на възрастния (Maillet et al., 2009) и регулира сърдечните функции на възрастните в синергия с Nkx2.5 между видовете (Qian et al., 2011). Дали CDC42 участва в развитието на епикарда не е изследвано.

В това проучване установихме, че мишите PEC достигат до сърцето чрез вилозни проекции, образуване на кисти и чрез PE, директно в контакт със сърцето, както беше съобщено по-рано (Rodgers et al., 2008); освен това докладваме четвърти механизъм, при който СИК мигрират по повърхността на входящия тракт, за да достигнат до вентрикула. Когато Cdc42 беше изтрит чрез Tbx18 Cre/+ в PE, за да генерира условен нокаут (CKO), образуването на плаващи кисти и вилозни издатини беше нарушено. PEC на CKO мигрираха по входящия тракт към вентрикула и се преместиха чрез директен контакт между PE и сърцето. Тези два механизма в CKO обаче не доведоха до пълно образуване на епикарда, което в крайна сметка причини ембрионална смъртност. По-нататъшни мозаечни проучвания в индуцируемия CKO (iCKO) показват, че делецията на Cdc42 в PECs нарушава клетъчната динамика. Освен това установихме, че FGF2 регулира дисоциацията и транслокацията на PEC по CDC42-зависим начин и че CDC42 е необходим за трафик на FGF рецептор към клетъчната мембрана. Това проучване показва, че CDC42 регулира множество стъпки в развитието на PE, включително установяване на полярност на PEC и контролиране на трафика на FGFR1 към клетъчната мембрана.