Введение к работе
Изучение генетического контроля процессов развития волосяного покрова у млекопитающих является актуальной задачей генетики развития, и имеет важное прикладное значение для дерматологии и косметической медицины. Патологии роста волос и самообновления клеток волосяных фолликулов часто связаны с этиологией многих серьезных заболеваний кожи, в том числе и онкологических (Patzelt et al., 2008).
Сам волосяной фолликул млекопитающих является уникальным объектом исследований, поскольку каждый волос много раз повторяет свой цикл развития, который включает стадии роста (анагена), регрессии (катагена) и покоя (телогена). При этом патологическое выпадение (алопеция), так же как и чрезмерный рост волос часто является следствием нарушения смены стадий цикла волосяных фолликулов.
Несмотря на существование различий в развитии и росте волос у мыши и человека, лабораторные мыши (Mus musculus) являются традиционной и адекватной моделью изучения аналогичных процессов работы волосяных фолликулов у человека (Porter, 2003). Многие особенности аномалий волос и кожи у человека были выяснены благодаря изучению мышей, со спонтанными мутациями, нарушающими формирование волосяного покрова.
В настоящее время известно более 100 мутантных генов, вызывающих нарушения роста и развития волос у мыши (Mouse Genome Database, ). Молекулярные функции многих из этих генов остаются плохо изученными. В их числе гены wellhaarig (we), waved alopecia (wal), hairless (hr) и angora (Fgf5K"). Действие мутантного гена we приводит к возникновению волнистого шерстного покрова у гомозиготных мышей, Мутантный ген wal в гомозиготном состоянии также приводит к формированию волнистого шерстного покрова с последующим облысением. Мутантный ген hr обусловливает полное отсутствие волос у гомозигот. И наконец, мутантный ген FgfS"" в гомозиготном состоянии увеличивает длину всех типов волос.
Только недавно стали выясняться молекулярно-генетические механизмы, лежащие в основе развития, роста и цикла волосяных фолликулов. Главной причиной разных патологий роста волос оказалось нарушение работы одних и тех же генных регуляторных сетей, управляющих физиологией клеточных систем в составе волосяного фолликула. Ключевыми генными регуляторными сетями, функционирующими в коже млекопитающих, являются сети WNT, BMP, SHH, FGF, EGF. Эти генные регуляторные сети определяют ритм и хронологию смены стадий цикла фолликулов.
Генная регуляторная сеть BMP (bone morphogenetic proteins) управляет процессами дифференцировки клеток - предшественников волоса и принимает участие в контроле пролиферации стволовых клеток волоса. У мутантных мышей причины патологий строения стержней волос, сопровождающихся их выпадением, могут быть связаны с нарушением работы генной регуляторной сети BMP.
Цели и задачи исследования
Целью настоящей работы был анализ взаимодействия мутантных генов hr, Рф^'г, we и wal, нарушающих формирование шерстного покрова у мыши. Исходя из цели исследования, были поставлены следующие задачи:
Изучить взаимодействие мутантного гена Рфг~г с мутантными генами hr и wal.
Исследовать взаимодействие мутантных генов Рф^'г, we и wal у тройных гомозигот.
3) Изучить характеристики циклов волосяных фолликулов у
мышеи генотипов we/we wal/wal, Рф^/Рф^wal/wal и Рф*"'
Vfg/?4'0"1we/we wal/wal.
4) Исследовать особенности экспрессии мРНК генов Втр2 и Idl—
маркеров генной регуляторной сети BMP, у мутантных мышей в
период формирования первой и второй генерации волос.
Научная новизна и практическая значимость работы
Создана коллекция линий мышей с различными сочетаниями гомозиготных аллелей мутантных генов Fg/5s""r/Fg/5?""r hr/hr, we/we wal/wal, Рф^/Рф^ wal/wal и Рф^/Рф^ we/we wal/wal и
проведен подробный генетический анализ этих мутаций и их влияния на развитие шерстного покрова мыши.
Установлено, что мутантный ген Fgf5s'"Y является модификатором эффектов генов hr и wal, а также модификатором эффекта взаимодействия генов we и wal. Модификации проявляются в изменении сроков и характера развития алопеции у мышей.
Показано, что транскрипционная активность ВМР-регуляторных генов Втр2 и Idl у мышей C57BL/6 зависит от стадий цикла волосяных фолликулов. У мутантных мышей we/we wal/wal выявлены нарушения динамики транскрипционной активности и сверхэкспрессия генов Втр2 и Idl, с чем связано сокращение стадии анагена и развитие сильной алопеции.
Показано, что у тройных гомозигот Fgf5g"~t/Fgf5K"'r we/we wal/wal ген Fgf5g"~ обуславливает снижение транскрипционной активности гена Idl, тем самым, ослабляет эффект взаимодействия мутантных генов we и wal, что приводит к восстановлению роста волос.
Практическое значение работы состоит в том, что созданные мутантные линии мышей могут быть использованы в качестве модельной системы наследственных заболеваний кожи и волос у человека. Особый интерес с прикладной точки зрения представляє! возможность направленного изменения экспрессии ключевых участников генных сетей и влияния на цикл волосяных фолликулов с целью усиления или подавления роста волос.
Апробация работы
Результаты исследований докладывались на 10 - й и 11 - й международной Пущинской конференции молодых ученых, Пущино, Россия (2006 и 2007 гг.); международной конференции молодых ученых по молекулярной биологии и генетике, посвященной 120 -летию со дня рождения Н.И.Вавилова, Киев, Украина (2007 г.); пятом Съезде ВОГиС, Москва, Россия (2009 г.); всемирном конгрессе «Ген», Фошан, Китай (2009 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 8 работ.
