ОНТОГЕНЕЗ, 2012, том 43, № 1, с. 60-65
ГЕНЕТИКА РАЗВИТИЯ
УДК 575.164:599.323.4
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МУТАНТНЫХ ГЕНОВ Fgf5go-Y, we И wal ИЗМЕНЯЕТ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ЦИКЛОВ РОСТА ВОЛОС У МЫШИ
© 2012 г. А. П. Нестерова, И. И. Низамутдинов, Б. В. Конюхов
Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН 119991, Москва, ул. Губкина, д. 3 E-mail: nesterova.anastasia@gmail.com Поступила в редакцию 12.11.10 г. Окончательный вариант получен 03.03.11 г.
Ранее в нашей лаборатории было установлено, что мутантный ген wellhaarig (we) является модификатором мутантного гена waved alopecia (wal), значительно ускоряя выпадение волос у мыши. В настоящей работе показано, что мутантный ген angora-Y(Fgf5go-Y) удлиняет стадию анагена в первом и втором циклах роста волос у тройных гомозигот (Fgf5go-Y/Fgf5go-Ywe/we wal/wal). Продолжительность стадии анагена направляющих волос первой генерации у тройных гомозигот на 4 дня больше по сравнению с длительностью этой стадии таких же волос у двойных гомозигот (+/+ we/we wal/wal). Волосы у двойных гомозигот выпадают на стадии катагена, а у тройных гомозигот — только в конце этой стадии или даже в телогене. Такое взаимодействие мутантных генов в морфогенезе волосяных фолликулов приводит к частичному восстановлению шерстного покрова у тройных гомозигот.
Ключевые слова: мутантные мыши, алопеция, циклы волосяных фолликулов, анаген, катаген, те-логен.
У млекопитающих рост волос и их выпадение связаны с цикличностью развития волосяных фолликулов. В морфогенезе волосяного фолликула выделяют три основных фазы (стадии): анаген — период роста, катаген — фаза деструкции и ремоделирования волосяного фолликула и тело-ген — период покоя. Цикл развития волос повторяется много раз, и сбой в нем может привести как к выпадению волос (алопеция), так и чрезмерному их росту. Волосяные фолликулы имеют сходное строение у многих видов млекопитающих, поэтому мышь (Mus musculus) является традиционным модельным объектом для изучения аналогичных процессов развития волосяных фолликулов человека (Porter, 2003). Особую ценность представляют линии мышей, являющиеся носителями того или иного мутантного гена, нарушающего формирование волосяного покрова. Примерами таких мутантных линий мышей являются waved alopecia (wal/wal), wellhaarig (we/we) и angora (Fgf5go/Fgf5go).
Мутантный ген waved alopecia (wal) расположен на 14 хромосоме (Сорокина, Бландова, 1980). Белковый продукт этого гена неизвестен. У мышей wal/wal формируется волнистый шерстный покров с последующим облысением. У двухнедельных гомозигот заметны все стадии дегенерации волосяных фолликулов. Через месяц после рождения в коже мышей wal/wal происходит резкое уменьшение числа волосяных фолликулов. Оставшиеся фолликулы, как правило, искривлены и не происходит формирования нормальных
волос. В 2-4-х месячном возрасте в местах облысения нормальные фолликулы отсутствуют.
Мутантный ген wellhaarig (we) локализован на второй хромосоме, его белковый продукт также неизвестен. У мышей we/we в течение первых двух недель жизни развивается волнистый шерстный покров, в дальнейшем с возрастом волнистость волосяного покрова проходит. У мышей we/we аномалии волос первой генерации (G1) обусловлены нарушением диффернцировки клеток внутреннего корневого влагалища волоса (Конюхов, Куприянов, 1990). Взаимодействие гена wal с геном we приводит к развитию прогрессирующей алопеции: мыши we/we wal/wal с 1.5-месячного возраста и до старости, в основном, голые или имеют небольшие участки коротких волос (Мартынова и др., 2002).
Дики (Dickie, 1963) описала эффекты мутантного аутосомного рецессивного гена angora (go), спонтанно возникшего у мышей инбредной линии BALB/c в Джексоновской лаборатории (США). Она установила, что у гомозигот по этому мутантному гену направляющие волосы первого порядка первой генерации (G1) были примерно вдвое длиннее, чем в норме. В питомнике "Столбовая" АМН СССР у мышей инбредной линии C57BL также был обнаружен сходный мутантный ген, обуславливающий у гомозигот длинношерт-ность. Скрещивание таких мутантов с мышами go/go, полученными из Джексоновской лаборатории, подтвердило не только аллельность, но и идентичность этих мутантных генов. Поэтому му-тантный ген, обнаруженный у мышей в питомни-
эпидермис
стрежень волоса
ДС
сальная железа
дерма
ВКВ
зона ке-затинизации ВЛ
подкожная клетчатка
сальная железа
эпидермис
дерма
подкожная клетчатка
ВЛ ВЛ
►дерма
подкожная клетчатка
Рис. 1. Стадии цикла развития волосяного фолликула мыши (по Ми11ег^оуег, 2001): а — анаген VI — катаген I; б — ка-таген VIII; в — телоген. ВКВ — внутреннее корневое влагалище, НКВ — наружное корневое влагалище, ВЛ — волосяная луковица, ДС — дермальный сосочек.
ке "Столбовая" был назван angora-Y(go-Y) (Блан-дова и др., 1983).
В других работах было установлено, что ген angora локализован на 5 хромосоме мыши и является делецией гена, кодирующего фактор роста фибробластов 5 (FGF5). Мутантный ген Fgf5go обуславливает увеличение длины волос у мыши и других млекопитающих. Ген Fgf5go-Y является модификатором эффекта взаимодействия генов we и wal. У тройных гомозигот Fgf5go-Y/Fgf5go~Y we/we wal/wal по сравнению с мышами +/+ we/we wal/wal алопеция выражена значительно слабее (Конюхов и др., 2009).
В настоящей статье представлены данные о морфологических изменениях структуры и продолжительности стадий циклов волосяных фолликулов при взаимодействии мутантных генов Fgf5go-Y, we и wal у двойных и тройных гомозигот.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
В работе были использованы мыши из коллекции вивария Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН: двойные гомозиготы черного окраса a/a we/we wal/wal (Конюхов и др., 2004) и тройные гомозиготы также черного окраса a/a Fgf5go-Y/Fgf5go~Y we/we wal/wal (Конюхов и др., 2009). В качестве контроля были использованы двойные гетерозиготы a/a +/we+/wal и мыши нормального генотипа C57BL/6.
Для приготовления гистологических срезов использовали кусочки кожи передней области спины размером 10 х 5 мм, которые брали у мышей C57BL/6 на 7, 16, 20, 24, 30, 40, 45 и 50 дни после рождения, согласно данным о длительности разных стадий в цикле волос (Muller-Rover et al., 2001). Кусочки кожи у мышей генотипов we/we wal/wal и Fgf5go-Y/Fgf5go-Y we/we wal/wal брали с 7 по 40 день с интервалом в 2 дня, а также на 45, 50, 60 и 90-й день после рождения. Кусочки кожи брали у сибсов из двух или трех пометов. Фикса-
цию кусочков кожи проводили раствором Буэна в течение 24-х часов. Получали продольные и поперечные парафиновые серийные срезы кожи толщиной 7 мкм. Депарафинированные срезы окраши-вали по Маллори, эозином и гематоксилином (Соколов и др., 1988).
Стадии цикла волосяных фолликулов (ВФ) направляющих волос первой (G1) и второй генерации волос (G2) у мышей разных генотипов определяли согласно руководству по точной классификации стадий цикла развития волос у мыши, предложенной Мюллер-Ровер с соавторами (Muller-Rover et al., 2001). Такая классификация позволяет выделить шесть подстадий развития ВФ (анаген I—VI), восемь подстадий регрессии ВФ (катаген I—VIII) и стадию покоя (телоген) в цикле роста волоса.
Анаген (I—VI) характеризуется увеличением, а катаген (I—VII) уменьшением размера ВФ. Максимальной длины ВФ достигает во время анагена VI и сохраняет свою форму в течение ка-тагена I и II. На этих стадиях цикла, начиная с анагена VI и до катагена II, дермальный сосочек расположен близко к подкожной мышце. В течение телогена ВФ имеет минимальную длину (рис. 1). На стадиях телогена и анагена I—II ВФ по всей длине окружен дермальными фибробласта-ми и не достигает подкожной клетчатки. ВФ на стадии анагена I отличается от ВФ на стадии тело-гена по толщине и увеличенной прослойке кера-тиноцитов между дермальным сосочком (ДС) и основанием волоса. На стадии анагена II ВФ характеризуются расширенным ДС.
ВФ на стадии анагена III характеризуется тем, что волосяная луковица окружает ДС, а внутреннее корневое влагалище (ВКВ) доходит до волосяного канала. Ключевым критерием для определения ВФ на стадии анагена IV—VI является расположение кончика стержня волоса на верхней границе ВКВ. К концу анагена (поздний анаген VI) стержень волоса выходит через волося-
а
Таблица 1. Начало стадий анагена, катагена и телогена фолликулов направляющих волос первой и второй генерации у мышей различных генотипов
Дни после рождения C57BL/6 +/+ +/+ +/+ +/+ we/wewal/wal Fgf5go-Y/Fgf5go-Y we/we wal/wal
5-7 11-13 катаген G1 (100)
14-16 катаген G1 (95)
17-19 катаген G1 (62)
20-22 телоген G1 (73) телоген G1 (74)
23-25 анаген G2 (84) телоген G1 (23)
26-28 анаген G2 (66) анаген G2 (66)
30-32 катаген G2(62) катаген G2 (62)
38-40 катаген G2 (72) телоген G2 (79)
48-50 телоген G2 (54)
Примечание: в скобках указан процент волосяных фолликулов, морфология которых соответствовала критериям данной стадии. Производили два повтора измерений числа волосяных фолликулов на двух разных сериях срезов кожи спины мышей каждого генотипа (при анализе 40 волосяных фолликулов в каждом образце).
ной канал на поверхность кожи. ВФ на стадиях анагена VI и катагена I не могут быть различимы с помощью световой микроскопии, поэтому в данной работе началом катагена считали стадию анагена VI—катагена I.
Основными параметрами, характеризующими ВФ на стадии катагена II—IV, являются форма ДС и луковицы. На V—VI стадиях катагена ВФ имеют "эпителиальную прослойку" между ними и дер-мальным сосочком. ВФ, находящиеся на стадиях катагена VI — VIII, также могут быть определены по длине проксимального по отношению к ДС остатка оболочки ВФ.
На серийных срезах каждого образца кожи определяли стадии цикла у наиболее крупных волосяных фолликулов — направляющих волос первого и второго порядка. За начало стадии анагена, катагена и телогена принимали определенный день после рождения мыши, когда был фиксирован образец кожи и морфология более 50% фолликулов (при анализе 40 ВФ в каждом образце) впервые соответствовала критериям данной стадии.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Анализ гистологических срезов кусочков кожи спины мышей C57BL/6 в возрасте 7—50 дней подтвердил данные,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.