Молекулярные сигналы в развитии конечности

Спецификацию развития конечности определяют гомеозисные гены Hox. Формирование зачатка конечности инициируют FGF8, FGF10, которые продуцируются и секретируются мезенхимными клетками до формирования зачатка. В эксперименте с иммобилизованным на микросферах (мельчайших частицах из искусственного полимера) FGF8 показано образование эктопических конечностей.

Формирование апикального эктодермального гребня индуцируют представители семейства BMP, секретируемые эктодермальными клетками передней части зачатка.

Проксимо-дистальная ось. Формирование апикального эктодермального гребня индуцирует фактор Wnt7a. В ответ на действие этого сигнала клетки апикального эктодермального гребня секретируют FGF2, FGF4 и FGF8, которые стимулируют пролиферацию мезенхимных клеток в зоне прогресса и удлинение зачатка по проксимо-дистальной оси. Дифференцировка клеток по этой оси зависит от времени их пребывания в зоне прогресса, контролируемой 9–13 гомеозисными генами Hox A и Hox D.

Дорсо-вентральная ось. Соматическая мезодерма служит источником транскрипционного фактора En1 (En grailed-1), который действует на окружающую мезенхиму, а от неё индуцирующий сигнал передаётся на прилежащую эктодерму. Далее эктодермальные клетки дорсальной поверхности зачатка начинают секретироватьWnt7a, а вентральной поверхности — En1. Мишенями этих факторов являются клетки мезенхимы в зачатке конечности.

Передне-задняя ось. Зона поляризующей активности, расположенная на заднем крае зачатка конечности, участвует в организации пальцев. Важную роль в её спецификации играет гомеозисный ген Hox B8. Зона служит источником молекулярного сигнала Shh, который контролирует спецификацию передне-задней оси наряду с другими факторами, такими как Shh, FGF4, FGF8, BMP2 и BMP7.

Спецификация положения передних и задних конечностей находится под контролем транскрипционных факторовTbx (T - b o x). В верхней конечности экспрессируется Tbx4, а в нижней — Tbx5. Продукты генов Tbx2 и Tbx3 найдены как в верхних, так и в нижних конечностях.

На поздних этапах развития конечности происходит ремоделирование хряща, формирование кости, образование скелетных мышц и их иннервация. Эти морфогенетические процессы связаны с массовой гибелью клеток, которая реализуется путём апоптоза. Хондрогенез, а также апоптоз контролируют BMP2 и BMP7. Их естественные антагонисты, факторы Gremlin и Noggin, сдерживают вступление клеток в апоптоз.

На 8-й неделе развития наблюдается ротация конечностей. Верхние и нижние конечности поворачиваются в различных направлениях: осуществляется супинация верхних конечностей и пронация нижних конечностей.