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口蓋上皮におけるトランスフォーミング成長因子ベータおよびソニックヘッジホッグシグナル伝達は、軟口蓋発生期の口蓋間葉におけるテナシン-Cの発現を制御する
Transforming Growth Factor-Beta and Sonic Hedgehog Signaling in Palatal Epithelium Regulate Tenascin-C Expression in Palatal Mesenchyme During Soft Palate Development.
PMID: 32581832 PMCID: PMC7287209. DOI: 10.3389/fphys.2020.00532.
抄録
口蓋形成の間、口蓋棚は最初に舌の両側で垂直に成長し、成長の方向が水平に変化します。細胞外マトリックス（ECM）は、口蓋棚の形態におけるこれらの動的な変化に重要な役割を果たしています。テナシン-C (TNC) は ECM 糖タンパク質の一つであり、口蓋棚の後部に特異的な発現を示しますが、TNC の発現制御についてはほとんど知られていません。口蓋形成にはトランスフォーミング成長因子β3(TGF-β3)やソニックヘッジホッグ(SHH)シグナルが重要な役割を果たしていることが知られていることから、TGF-β3とSHHが口蓋形成に関与しているかどうかを調べた。TGF-β3は、胚発生日13.5日目から14.0日目に口蓋間葉を切除して得られたマウス一次胚性口蓋間葉細胞(MEPM)において、TNCのmRNAとタンパク質の発現を増加させた。興味深いことに，免疫組織化学実験の結果，口蓋上皮細胞にTGF-βⅡ型受容体を欠くマウスではTNCの発現が低下し，軟口蓋裂を呈しているのに対し，口蓋間葉細胞にTGF-βⅡ型受容体を欠くマウスではTNCの発現が維持されていることが明らかになった．また、SHHはMEPM細胞におけるTNCのmRNAとタンパク質の発現を増加させた。しかし、O9-1細胞（頭蓋神経堤細胞株）では、TGF-β3はTNCのmRNAとタンパク質の発現を上昇させたが、SHHは上昇させなかった。さらに、TGF-βはO9-1細胞において骨芽細胞分化マーカー（オステリックス、アルカリホスファターゼ）の発現を抑制し、線維芽細胞マーカー（フィブロネクチン、ペリオスチン）の発現を誘導したが、SHHはO9-1細胞において骨芽細胞マーカーおよび線維芽細胞マーカーの発現に影響を与えなかった。一方、SHHはO9-1細胞の骨芽細胞や線維芽細胞マーカーの発現に影響を与えなかったが、免疫組織化学実験により、SHHのシグナル伝達が欠損しているマウスの後口蓋棚ではTNCの発現が低下していることが明らかになった。以上のことから、口蓋上皮におけるTGF-βシグナルとSHHシグナルが、パラクリン機構を介して後口蓋間葉におけるTNCの発現を協調させていることが示唆された。このシグナルカスケードは、頭蓋神経堤細胞が線維芽細胞様細胞に分化した口蓋形成の後期に働く可能性がある。TGF-βおよびSHHシグナルによるECM関連タンパク質の時空間的な調節は、組織構築のみならず、口蓋棚の前後軸に沿った細胞の分化または決定にも寄与している可能性がある。
During palatogenesis, the palatal shelves first grow vertically on either side of the tongue before changing their direction of growth to horizontal. The extracellular matrix (ECM) plays an important role in these dynamic changes in palatal shelf morphology. Tenascin-C (TNC) is an ECM glycoprotein that shows unique expression in the posterior part of the palatal shelf, but little is known about the regulation of TNC expression. Since transforming growth factor-beta-3 (TGF-β3) and sonic hedgehog (SHH) signaling are known to play important roles in palatogenesis, we investigated whether TGF-β3 and SHH are involved in the regulation of TNC expression in the developing palate. TGF-β3 increased the expression of TNC mRNA and protein in primary mouse embryonic palatal mesenchymal cells (MEPM) obtained from palatal mesenchyme dissected at embryonic day 13.5-14.0. Interestingly, immunohistochemistry experiments revealed that TNC expression was diminished in ; mice that lack the TGF-β type II receptor in palatal epithelial cells and exhibit cleft soft palate, whereas TNC expression was maintained in ; mice that lack the TGF-β type II receptor in palatal mesenchymal cells and exhibit a complete cleft palate. SHH also increased the expression of TNC mRNA and protein in MEPM cells. However, although TGF-β3 up-regulated TNC mRNA and protein expression in O9-1 cells (a cranial neural crest cell line), SHH did not. Furthermore, TGF-β inhibited the expression of osteoblastic differentiation markers (osterix and alkaline phosphatase) and induced the expression of fibroblastic markers (fibronectin and periostin) in O9-1 cells, whereas SHH did not affect the expression of osteoblastic and fibroblastic markers in O9-1 cells. However, immunohistochemistry experiments showed that TNC expression was diminished in the posterior palatal shelves of ; mice, which have deficient SHH signaling in the posterior palatal epithelium. Taken together, our findings support the proposal that TGF-β and SHH signaling in palatal epithelium co-ordinate the expression of TNC in the posterior palatal mesenchyme through a paracrine mechanism. This signal cascade may work in the later stage of palatogenesis when cranial neural crest cells have differentiated into fibroblast-like cells. The spatiotemporal regulation of ECM-related proteins by TGF-β and SHH signaling may contribute not only to tissue construction but also to cell differentiation or determination along the anterior-posterior axis of the palatal shelves.
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