尽管在阐明参与早期肾脏发育诱导事件的重要基因方面取得了令人兴奋的进展,但控制肾脏器官发生诱导过程的分子机制仍基本未知。我们在这里显示同源盒基因Six1型在后肾诱导前后的后肾间质中表达,该基因失活导致肾发育不全。此外,我们还表明Eya1、Six1、Six2、Pax2和销售1可能在分子途径中发挥作用,并为两者之间的遗传相互作用提供证据埃亚1和Six1型在肾脏发育中。
哺乳动物肾脏的形成包括三个不同的过程:第一,从后中胚层建立后肾间质;第二,输尿管芽的生长和分枝;第三,后肾间质向肾上皮细胞的转化和分化。我们的数据表明,在没有硅x1,肾脏发育在这三个过程的第二步被阻止。虽然输尿管芽存在于Six1型-/-胚胎,它不能完全侵入间充质,间充质细胞从E11.5发生异常凋亡。随后的输尿管芽分支形态发生和间质中的小管分化没有发生。众所周知,Gdnf及其受体c-Ret和Gfrα1对肾脏发育过程中输尿管芽的正常生长和分支形态发生至关重要。事实上,Gdnf可以作为一种化学引诱剂来吸引Ret-expressing上皮细胞,并刺激输尿管芽的分支形态发生(Vega等人,1996年;Tang等人,1998年). 与观察到的输尿管芽在Six1型-/-动物,我们检测到Gdnf公司中的表达式Six1型-/-后肾间质。该结果表明Gdnf公司在mRNA水平不需要Six1型虽然我们无法直接确定GDNF蛋白是否由Six1型-/-后肾间充质,我们的结果表明,无论生成多少硅x1-/-胚胎不足以确保输尿管芽侵入后肾间质。这一证据还表明,一些其他因素受Six1型-调节通路可能对充分支持后肾间质的输尿管芽侵袭起重要作用。例如,它们可能是介导上皮和间充质相互作用的细胞心房成分。进一步的表达研究硅x1需要突变胚胎来验证这个假设。
在哺乳动物的肾脏中,Pax2、Eya1、Six1和Six2型后肾间充质和空突变体中的表达重叠Pax2、Eya1和Six1型缺乏肾脏形成(Torres等人,1995年;Xu等人,1999年). 因为Pax2(帕克斯)中间中胚层的表达在埃亚1-/-E9.5和Six2型表达式在中丢失埃亚1-/-E10.5处的后肾间质,我们先前认为果蝇属圣像牌-埃亚-哺乳动物肾脏发育中有六个调控层次(Xu等人,1999年). 虽然我们之前没有检测到Pax2(帕克斯)中的表达式埃亚1-/-E10.5处的后肾间质,我们认为这是由于输尿管芽生长不足和后肾诱导失败所致。该解释基于之前在丹福斯的短尾巴(瑞典)突变体表明帕克2后肾间质的表达需要间质和输尿管芽之间的诱导性相互作用(菲尔普斯和德雷斯勒,1993年). 然而,最近的表达研究Ret公司突变体已经证明Pax2(帕克斯)在诱导前在后肾间质中表达,其在间质中的表达与输尿管芽的生长无关(Brophy等人,2001年). 这里我们展示了在小鼠肾脏发育过程中,Pax2(帕克斯)诱导前后肾间质中的表达是Eya1型-和Six1型-依赖。与我们的观察结果一致,之前已经表明Six2型表达式也保存在Pax2(帕克斯)-/-间充质(Torres等人,1995年). 相反,我们发现Six1型间质中的表达在埃亚1-/-胚胎,类似于Six2型(Xu等人,1999年). 有趣的是,我们发现Six2型后肾间质中的表达也Six1型-依赖。因此,我们的结果以及之前的观察结果表明埃亚1-六-Pax2(帕克斯)控制早期哺乳动物肾脏发育的调控层次,与Pax不同-埃亚-在果蝇属眼部影像盘。肾脏详细检查Pax2(帕克斯)/Six1型或Eya1/Six1/Pax2化合物敲除将增强我们对早期哺乳动物肾脏形态发生过程中这些转录因子之间可能的分子和遗传相互作用的理解。
Pax2(帕克斯)最近被提议成为Gdnf公司,因为Pax2(帕克斯)-/-胚胎不表达Gdnf公司在未诱导的间质中Pax2(帕克斯)调节Gdnf公司在体外(Brophy等人,2001年). 然而,我们的结果表明Pax2(帕克斯)的表达式不需要Gdnf公司在后肾间质中。我们提出两个假设来解释这些观察结果。首先,因为Pax2(帕克斯)中间中胚层的表达在Six1型-/-胚胎,我们假设Pax2(帕克斯)在后部中间中胚层的表达是启动Gdnf公司在后肾间质分化过程中的表达。一次Gdnf公司在间质中被激活,帕克斯2维持Gdnf公司随着后肾发育进行表达。这可以解释为什么Gdnf公司中缺少表达Pax2(帕克斯)-/-胚胎。与此假设一致,Gdnf公司在重量1-/-后肾间质不表达Pax2蛋白,尽管Pax2(帕克斯)mRNA表达在重量1-/-后肾间质(Kreidberg等人,1993年;Donovan等人,1999年). 其次,因为帕克斯2在Wolffian导管和输尿管芽中正常表达Six1型-/-胚胎时,可能需要Wolffian导管和输尿管芽上皮中Pax2的表达来维持Gdnf公司在间质中表达。这也可以解释Gdnf公司在中观察到的表达Pax2(帕克斯)-/-后肾间质。为了支持这一假设Gdnf公司E11.5的后肾间质中的mRNA也在有以下缺陷的小鼠中发现紧急情况2,一种同源异型盒基因,主要在输尿管芽中表达,其破坏会抑制输尿管芽的生长和分支(宫本茂等人,1997年). 有趣的是,Pax2(帕克斯)在紧急情况2-/-在E11.5时出现输尿管芽,而在紧急情况2-/-后肾间质在此阶段明显正常(宫本茂等人,1997年).
我们的结果也表明销售1的下游功能Six1.销售1是哺乳动物的同源物果蝇属区域特异同源异型基因spalt公司(sal公司). 小鼠失活销售1导致肾发育不全或严重发育不全,原因是输尿管芽发育不全和肾小管形成失败,与Six1型-/-胚胎。之前已经表明Gdnf、Eya1、Pax2和重量1表示为销售1-/-E10.5处的后肾间充质,表明销售1可能在这些基因的下游发挥作用或独立于这些基因。因为我们的结果表明销售1E10.5中的表达也不受影响Pax2(帕克斯)-/-后肾间质,可能销售1和Pax2(帕克斯)在肾脏早期发育期间功能平行。人类的杂合突变SALL1公司导致Townes-Brocks综合征,该综合征表现出与Branchio-O-to-Renal(BOR)综合征的表型重叠,这是人类的一种缺陷眼睛A1基因。有趣的是,销售1在埃亚1-/-间充质(数据未显示)。因此,很可能Eya1、Six1、Six2、Pax2和销售1在肾脏早期形态发生中后肾间质的遗传和分子途径中的功能。
重量1也表达于后肾间质,其缺失导致输尿管芽生长失败和间质凋亡。我们的结果表明硅x1的表达式不需要重量1之前已经表明Six2型表示为重量1-/-后肾间质(Donovan等人,1999年)和重量1表示为埃亚1-/-间充质(Xu等人,1999年). 因此,有可能重量1独立于埃亚1和6个后肾发育基因。也有可能重量1与…并行或协同的功能埃亚1和6个后肾发育基因。
最后,应该注意的是,在胚胎晚期小鼠肾脏发育期间,Six1型仅在集合小管中观察到表达,而在来源于后肾间质的肾上皮中未观察到表达。虽然人们普遍认为后肾间充质致力于分化为肾单位,而输尿管芽仅限于形成肾集合系统,但一些体外细胞命运研究表明,后肾间质分化为肾集合系统的一部分,除了肾单位上皮(Koseki等人,1991年;Herzlinger等人,1992年;乔等人,1995). 观察Six1型肾脏发育过程中集合小管上皮细胞亚群的表达与这一发现一致。因此,有可能Six1型-E11.5表达的后肾间充质细胞是多能干细胞,在肾集合系统形态发生过程中,这些细胞的一个亚群被招募到集合小管上皮。我们的结果表明,除了在哺乳动物肾脏发育的早期功能外,硅x1也可能在肾集合系统的形态发生中起作用。