Региональная дифференциация - Regional differentiation

В области биология развития, региональная дифференциация это процесс, с помощью которого выявляются различные области в развитии ранних эмбрион.[1] Процесс, с помощью которого клетки стать указанным отличается организмы.

Определение судьбы клетки

Основная статья: Определение судьбы клетки

Что касается приверженности к развитию, клетка может быть либо специфицирована, либо определена. Спецификация - это первый этап дифференциации.[2] Обязательство указанной ячейки может быть отменено, пока определенное состояние необратимо.[3] Существует два основных типа спецификации: автономная и условная. Клетка, определенная автономно, будет развиваться в определенную судьбу, основанную на цитоплазматических детерминантах, независимо от среды, в которой находится клетка. Условно определенная клетка будет развиваться в определенную судьбу, основанную на других окружающих клетках или морфоген градиенты. Другой тип спецификации: синцитиальный спецификация, характерная для большинства насекомое классы.[2]

Спецификация в морские ежи использует как автономные, так и условные механизмы для определения передней / задней оси. Передняя / задняя ось лежит вдоль оси животное / растительный, установленной во время расщепление. Микромеры заставляют близлежащие ткани становиться энтодерма в то время как клетки животных должны стать эктодерма. Клетки животных не определяются, поскольку микромеры могут побуждать клетки животных также принимать мезодермальный и энтодермальные судьбы. Было замечено, что β-катенин присутствовал в ядра на растительном полюсе бластула. В ходе серии экспериментов одно исследование подтвердило роль β-катенина в клеточно-автономной спецификации судьбы вегетативных клеток и способности индуцировать микромеры.[4] Обработка LiCl, достаточная для вегетализации эмбриона, приводила к увеличению локализованного в ядре β-катенина. Снижение экспрессии β-катенина в ядре коррелировало с потерей судьбы вегетативных клеток. Трансплантаты микромеров, лишенных накопления в ядре β-катенина, были неспособны индуцировать вторую ось.

Для молекулярного механизма β-катенина и микромеров было обнаружено, что Notch равномерно присутствовала на апикальной поверхности ранней бластулы, но терялась во вторичной мезенхима клетки (SMC) во время поздней бластулы и обогащенные презумптивными энтодермальными клетками в поздней бластуле. Notch необходим и достаточен для определения SMC. Микромеры экспрессируют лиганд Notch, Delta, на своей поверхности, чтобы вызвать образование SMC.

Высокий уровень β-катенина в ядре является результатом высокого накопления растрепанного белка на вегетативном полюсе яйца. растрепанный инактивирует ГСК-3 и предотвращает фосфорилирование β-катенина. Это позволяет β-катенину избежать деградации и проникнуть в ядро. Единственная важная роль β-катенина - активировать транскрипция гена Pmar1. Этот ген подавляет репрессор, позволяя экспрессировать микромерные гены.

В аборальная / оральная ось (аналогично спинной / вентральной осям у других животных) определяется узловой гомолог. Этот узел находился на будущей оральной стороне эмбриона. Эксперименты подтвердили, что nodal необходим и достаточен для развития оральной судьбы. Узел также играет роль в формировании левой / правой оси.

Оболочки

Оболочки были популярным выбором для изучения региональной спецификации, потому что оболочники были первым организмом, у которого была открыта автономная спецификация, а оболочники эволюционно связаны с позвоночными.

Ранние наблюдения за оболочками привели к идентификации желтого полумесяца (также называемого миоплазмой). Эта цитоплазма была отделена от будущих мышечных клеток, и в случае трансплантации могла вызвать образование мышечных клеток. Цитоплазматическая детерминанта мачо-1 была выделена как необходимый и достаточный фактор для образования мышечных клеток. Как и у морских ежей, накопление β-катенина в ядрах было идентифицировано как необходимое и достаточное для индукции энтодермы.

Еще две судьбы клеток определяются условной спецификацией. Энтодерма посылает сигнал фактора роста фибробластов (FGF) для определения судьбы нотокорды и мезенхимы. Передние клетки отвечают на FGF, чтобы стать нотокордом, тогда как задние клетки (идентифицированные по присутствию мачо-1) отвечают на FGF, чтобы стать мезенхимой.

Цитоплазма яйца не только определяет судьбу клетки, но также определяет дорсальную / вентральную ось. Цитоплазма вегетативного полюса определяет эту ось, и удаление этой цитоплазмы приводит к потере информации об оси. Желтая цитоплазма указывает переднюю / заднюю ось. Когда желтая цитоплазма перемещается к задней части яйца, чтобы стать задней вегетативной цитоплазмой (PVC), определяется передняя / задняя ось. Удаление ПВХ приводит к потере оси, в то время как трансплантация на переднюю часть меняет ось.

C. elegans

На двухклеточной стадии эмбрион нематоды C. elegans экспонаты мозаичное поведение. Есть две ячейки, ячейка P1 и ячейка AB. Клетка P1 могла создавать все свои обреченные клетки, тогда как клетка AB могла производить только часть клеток, которые ей суждено было производить. Таким образом, первое деление дает автономную спецификацию двух клеток, но клеткам AB требуется условный механизм для производства всех своих обреченных клеток.

Линия AB дает начало нейронам, коже и глотке. Клетка P1 делится на EMS и P2. Клетка EMS делится на MS и E. Линия MS дает начало глотке, мышцам и нейронам. Линия E дает начало кишечнику. Клетка P2 делится на клетки-основатели P3 и C. Клетки-основатели C дают начало мышцам, коже и нейронам. Клетка P3 делится на клетки-основатели P4 и D. Клетки-основатели D дают начало мышцам, а линия P4 дает начало зародышевой линии.

  • Спецификация оси
Передняя / задняя ось определяется спермой на задней стороне. На двухклеточной стадии передняя клетка - это клетка AB, а задняя клетка - это клетка P1. Спинная / вентральная ось животного задается случайным положением клеток на четырехклеточной стадии эмбриона. Дорсальная клетка - это клетка ABp, а вентральная клетка - это клетка EMS.
  • Локализация цитоплазматических детерминант
Автономная спецификация C. elegans возникает из разных цитоплазматических детерминант. Белки PAR ответственны за разделение этих детерминант в раннем эмбрионе. Эти белки расположены на периферии зиготы и играют роль во внутриклеточной передаче сигналов. Текущая модель функции этих белков состоит в том, что они вызывают локальные изменения в цитоплазме, которые приводят к накоплению различного белка в задней и передней частях. Mex-5 накапливается в передней части, а гранулы PIE-1 и P (см. Ниже) накапливаются в задней части.
  • Спецификация зародышевой линии
Гранулы P были идентифицированы как цитоплазматические детерминанты. Будучи однородно присутствующими при оплодотворении, эти гранулы локализуются в задней клетке P1 до первого деления. Эти гранулы далее локализуются между каждым делением на P-клетки (например, P2, P3) до тех пор, пока после четвертого деления они не помещаются в клетки P4, которые становятся зародышевой линией.
  • Спецификация ячеек EMS и P1
Другие белки, которые могут функционировать как локализованные цитоплазматические детерминанты в линии P1, включают SKN-1, PIE-1 и PAL-1.
SKN-1 представляет собой цитоплазматическую детерминанту, которая локализована в клоне клеток P1 и определяет судьбу клеток EMS. PIE-1 локализован в клеточном клоне P2 и является общим репрессором транскрипции. SKN-1 репрессируется в клетках P2 и не может определять судьбу EMS в этих клетках. Репрессивная активность PIE-1 необходима для предотвращения дифференциации зародышевой линии.
  • Спецификация клеток-основателей C и D
PAL-1 необходим для определения судьбы клеток-основателей C и D (происходящих от линии P2). Однако PAL-1 присутствует как в EMS, так и в P2. Обычно активность PAL-1 подавляется в EMS с помощью SKN-1, но не подавляется в P2. Обе клетки-основатели C и D зависят от PAL-1, но есть еще один фактор, который необходим для отличия C от D.
  • Спецификация линии E
Спецификация линии E зависит от сигналов от P2 к клетке EMS. Компоненты Wnt сигнализация были вовлечены и были названы Мама гены. мама-2 является членом семейства белков Wnt (то есть сигналом) и мама-5 является членом семейства белков Frizzled (т.е. рецептором).
  • Спецификация ABa и ABp
Спецификация ABa и ABp зависит от другого сигнального события между ячейкой. Разница между этими двумя типами клеток состоит в том, что ABa дает начало передней глотке, в то время как ABp не влияет на глотку. Сигнал от MS на стадии 12 клеток индуцирует глотку в клетках потомства ABa, но не в потомстве ABp. Сигналы от клеток P2 предотвращают формирование глотки ABp. Было обнаружено, что этим сигналом от P2 является APX-1 из семейства белков Delta. Эти белки, как известно, являются лигандами для Notch белок. GLP-1, белок Notch, также необходим для спецификации судьбы ABp.

Дрозофила

Смотрите также: Эмбриогенез дрозофилы и Материнский эффект

Передняя / задняя ось

Передний / задний паттерн Дрозофила происходят от трех материнских групп генов. Передняя группа - это головной и грудной сегменты. Задняя группа формирует абдоминальные сегменты, а последняя группа - переднюю и заднюю терминальные области, называемые терминальными (акрон в передней части и тельсон в задней части).

Гены передней группы включают бикоид. Бикоид функционирует как фактор транскрипции дифференцированного морфогена, который локализуется в ядре. Голова эмбриона формируется в точке максимальной концентрации бикоида, а передний рисунок зависит от концентрации бикоида. Bicoid работает как активатор транскрипции генов пробела hunchback (hb), buttonhead (btd), пустых дыхалец (ems) и ортодентичных (otd), а также подавляет трансляцию каудального отдела. Различное сродство к бикоиду в промоторах генов, которые он активирует, допускает активацию, зависящую от концентрации. Otd имеет низкое сродство к bicoid, hb имеет более высокое сродство и поэтому будет активироваться при более низкой концентрации bicoid. Два других гена передней группы, глотания и exuperantia, играют роль в локализации бикоида в передней части. Bicoid направлен к переднему краю своей 3 'нетранслируемой областью (3'UTR). Цитоскелет микротрубочек также играет роль в локализации бикоида.

Гены задней группы включают нано. Подобно bicoid, nanos локализуется в заднем полюсе как ступенчатый морфоген. Единственная роль nanos - репрессировать материнскую транскрибируемую мРНК горбуна в задней части. Другой белок, pumilio, необходим для подавления горбатого нано. Другие задние белки, oskar (который связывает мРНК наносов), Tudor, васа, и Валуа, локализуют детерминанты зародышевой линии и нано в задней части.

В отличие от передней и задней части, информация о положении терминалей поступает от фолликулярных клеток яичника. Терминалы определяются действием тирозинкиназы рецептора туловища. Клетки фолликула секретируют в перивителлиновое пространство туловищное тело только на полюсах. Подобно туловищу расщепляет пропептидный ствол, который, по-видимому, является лигандом туловища. Туловище активирует туловище и вызывает каскад передачи сигнала, который репрессирует репрессор транскрипции Groucho, что, в свою очередь, вызывает активацию генов концевых разрывов tailless и huckebein.

Сегментация и гомеотические гены

Формирование паттерна материнских генов влияет на экспрессию гены сегментации. Гены сегментации - это гены, экспрессирующиеся в эмбрионе, которые определяют количество, размер и полярность сегментов. В гены разрыва находятся под прямым влиянием материнских генов и экспрессируются в локальных и перекрывающихся регионах вдоль передней / задней оси. На эти гены влияют не только материнские гены, но и эпистатические взаимодействия между другими генами гэпа.

Гены разрыва работают, чтобы активировать парные гены. Каждый ген парного правила выражается семью полосами в результате комбинированного действия генов пробела и взаимодействий между другими генами парных правил. Гены парных правил можно разделить на два класса: гены первичных парных правил и вторичные гены парных правил. Гены первичных парных правил могут влиять на вторичные гены парных правил, но не наоборот. Молекулярный механизм между регуляцией первичных парных генов был понят посредством комплексного анализа регуляции четных пропущенных генов. Как положительные, так и отрицательные регуляторные взаимодействия как материнских генов, так и генов гэпа, а также уникальная комбинация факторов транскрипции работают для экспрессии с четным пропуском в разных частях эмбриона. Один и тот же ген разрыва может действовать положительно в одной полосе, но отрицательно - в другой.

Экспрессия генов парных правил переводится в экспрессию гены сегментной полярности в 14 полосах. Роль генов полярности сегментов заключается в определении границ и полярности сегментов. Считается, что средства, с помощью которых гены достигают этого, включают распределение бескрылых и поэтапных, или каскад сигналов, инициированных этими белками. В отличие от генов gap и парных правил, гены сегментной полярности функционируют внутри клеток, а не внутри синцития. Таким образом, гены полярности сегментов влияют на формирование паттерна скорее посредством передачи сигналов, чем автономно. Кроме того, гены пробела и парного правила экспрессируются временно, в то время как экспрессия генов полярности сегментов сохраняется на протяжении всего развития. Продолжающаяся экспрессия генов сегментной полярности поддерживается петлей обратной связи с участием hedgehog и wingless.

Хотя гены сегментации могут определять количество, размер и полярность сегментов, гомеотические гены можно указать идентичность сегмента. Гомеотические гены активируются генами разрыва и генами парных правил. В Антеннапедия комплекс и биторакс комплексы на третьей хромосоме содержат основные гомеотические гены, необходимые для определения сегментарной идентичности (фактически парасегментарной идентичности). Эти гены являются факторами транскрипции и экспрессируются в перекрывающихся областях, которые коррелируют с их положением вдоль хромосомы. Эти факторы транскрипции регулируют другие факторы транскрипции, молекулы клеточной поверхности, участвующие в клеточной адгезии, и другие клеточные сигналы. Позже во время развития гомеотические гены экспрессируются в нервной системе по сходному переднему / заднему паттерну. Гомеотические гены поддерживаются на протяжении всего развития за счет модификации состояния конденсации их хроматина. Гены Polycomb поддерживают хроматин в неактивной конформации, тогда как гены trithorax поддерживают хроматин в активной конформации.

Все гомеотические гены имеют общий сегмент белка с похожей последовательностью и структурой, называемый гомеодомен (последовательность ДНК называется гомеобоксом). Эта область гомеотических белков связывает ДНК. Этот домен был обнаружен в других белках, регулирующих развитие, таких как бикоид, а также у других животных, включая человека. Молекулярное картирование показало, что кластер генов HOX унаследован в неизменном виде от общего предка мух и млекопитающих, что указывает на то, что это фундаментальная система регуляции развития.

Дорсальная / вентральная ось

Материнский белок, дорсальный, функционирует как градуированный морфоген, определяя вентральную сторону эмбриона (название происходит от мутаций, которые привели к дорсализированный фенотип). Спинной как бикоид в том, что это ядерный белок; однако, в отличие от бикоид спинной равномерно распределяется по эмбриону. Разница концентраций возникает из-за дифференциального переноса ядер. Механизм, с помощью которого дорсаl становится дифференциально расположенным в ядрах происходит в три этапа.

Первый шаг происходит на дорсальной стороне эмбриона. Ядро ооцита движется по дорожке микротрубочек в одну сторону от ооцита. Эта сторона посылает сигнал, гуркен, в торпеда рецепторы на клетках фолликула. В торпеда рецептор находится во всех клетках фолликула; Тем не менее гуркен сигнал обнаруживается только на передней дорсальной стороне ооцита. Клетки фолликула изменяют форму и синтетические свойства, чтобы отличать дорсальную сторону от вентральной. Эти клетки дорсального фолликула не могут производить белок трубы, необходимый для второго этапа.

Второй шаг - это сигнал от клеток вентрального фолликула обратно к ооциту. Этот сигнал действует после того, как яйцеклетка покинула клетки фолликула, поэтому этот сигнал сохраняется в перивителлиновом пространстве. Клетки фолликула выделяют Windbeutel, нюдель и трубка, которые создают комплекс, активирующий протеазу. Поскольку клетки дорсального фолликула не экспрессируют трубка, они не могут создать этот комплекс. Позже эмбрион секретирует три неактивные протеазы (нарушение гаструляции, змея и Пасха) и неактивный лиганд (Spätzle) в перивителлиновое пространство. Эти протеазы активируются комплексом и расщепляют Spätzle в активную форму. Этот активный белок распределен вентрально-дорсальным градиентом. Потери рецепторная тирозинкиназа для Spätzle и преобразует градуированный Spätzle сигнал через цитоплазму для фосфорилирования кактус. После фосфорилирования кактус больше не привязан к спинной, оставляя его свободным для входа в ядро. Количество выпущенных спинной зависит от количества Spätzle белок присутствует.

Третий шаг - региональная экспрессия зиготических генов. декапентаплегический (dpp), Zerknüllt, толлоид, крутить, улитка, и ромбовидный из-за выражения спинной в ядре. Высокий уровень спинной требуются для включения транскрипции крутить и улитка. Низкий уровень спинной может активировать транскрипцию ромбовидный. Спинной подавляет транскрипцию церкнюллт толлоид, и dpp. Зиготические гены также взаимодействуют друг с другом, чтобы ограничить свои домены экспрессии.

Амфибии

Дорсальная / вентральная ось и органайзер

Между оплодотворение и первый раскол в Xenopus У эмбрионов кортикальная цитоплазма зиготы поворачивается относительно центральной цитоплазмы примерно на 30 градусов, открывая (у некоторых видов) серый полумесяц в краевой или средней области эмбриона. Кортикальное вращение приводится в движение двигателями микротрубочек, движущимися вдоль параллельных массивов кортикальных микротрубочек. Этот серый полумесяц отмечает будущую спинную сторону эмбриона. Блокирование этого вращения предотвращает формирование дорсальной / вентральной оси. К стадии поздней бластулы Xenopus эмбрионы имеют четкую дорсальную / вентральную ось.

В ранней гаструле большая часть ткани эмбриона не определяется. Единственное исключение - передняя часть дорсальной губы бластопора. Когда эта ткань была трансплантирована в другую часть эмбриона, она развивалась, как обычно. Кроме того, эта ткань была способна индуцировать образование другой дорсальной / вентральной оси. Ганс Спеманн назвал эту область организатором, а индукцию дорсальной оси - первичной индукцией.

Организатор индуцируется из спинной растительной области, называемой центром Ньюкупа. У эмбрионов на стадии бластулы существует множество различных потенциалов развития. Растительный колпачок может давать начало только типам энтодермальных клеток, тогда как животный колпачок может давать начало только типам эктодермальных клеток. Однако маргинальная зона может дать начало большинству структур эмбриона, включая мезодерма. Серия экспериментов Питер Ньюкуоп показали, что если удалить краевую зону и поместить животную и растительную шапочки рядом друг с другом, мезодерма выходит из шапки животного, а ткани спины всегда прилегают к дорсальным вегетативным клеткам. Таким образом, эта дорсальная вегетативная область, названная центром Nieuwkoop, была способна индуцировать образование организатора.

Идентифицированы тесты двойникования Wnt белки как молекулы из центра Nieuwkoop, которые могут определять дорсальную / вентральную ось. В анализах двойникования молекулы вводятся в вентральный бластомер четырехклеточного эмбриона. Если молекулы определяют дорсальную ось, дорсальные структуры будут формироваться на вентральной стороне. Белки Wnt не были необходимы для определения оси, но исследование др. Белков в пути Wnt привело к открытию, что необходим β-catenin. β-катенин присутствует в ядрах на дорсальной стороне, но не на вентральной стороне. Уровни β-катенина регулируются GSK-3. В активном состоянии GSK-3 фосфорилирует свободный β-катенин, который затем подвергается деградации. Есть две возможные молекулы, которые могут регулировать GSK-3: GBP (связывающий белок GSK-3) и Растрепанный. Текущая модель заключается в том, что они действуют вместе, чтобы ингибировать активность GSK-3. Растрепанный способен вызывать вторичную ось при сверхэкспрессии и присутствует на более высоких уровнях на дорсальной стороне после ротации коры (Нарушение симметрии и вращение коры ). Однако истощение Disheveled не имеет никакого эффекта. GBP действует как при истощении, так и при чрезмерной экспрессии. Однако недавние данные показали, что Xwnt11, молекула Wnt, экспрессируемая в Xenopus, был как достаточным, так и необходимым для формирования дорсальной оси.[5]

Формирование мезодермы происходит по двум сигналам: один для вентральной части, а второй - для дорсальной. Анализы с шапочкой животных использовали для определения молекулярных сигналов от вегетативной шапочки, которые способны побуждать шапку животного к образованию мезодермы. В анализе кепки на животных интересующие молекулы либо наносят в среду, в которой выращивают кепку, либо вводят в виде мРНК в ранний эмбрион. Эти эксперименты идентифицировали группу молекул, трансформирующий фактор роста-β (TGF-β) семейство. С доминантно-отрицательными формами TGF-β ранние эксперименты были способны идентифицировать только семейство вовлеченных молекул, но не конкретного члена. Недавние эксперименты выявили Xenopus нодальные белки (Xnr-1, Xnr-2 и Xnr-4) в качестве сигналов, индуцирующих мезодерму. Ингибиторы этих лигандов предотвращают образование мезодермы, и эти белки демонстрируют постепенное распределение вдоль дорсальной / вентральной оси.

Локализованная в растениях мРНК, VegT и, возможно, Vg1, участвуют в индукции энтодермы. Предполагается, что VegT также активирует белки Xnr-1,2,4. VegT действует как фактор транскрипции для активации генов, определяющих судьбу энтодермы, в то время как Vg1 действует как паракринный фактор.

β-катенин в ядре активирует два фактора транскрипции: siamois и twin. β-катенин также действует синергетически с VegT, вырабатывая высокие уровни Xnr-1,2,4. Siamois будет действовать синергетически с Xnr-1,2,4, чтобы активировать высокий уровень факторов транскрипции, таких как гусекоид в организаторе. Области эмбриона с более низкими уровнями Xnr-1,2,4 будут экспрессировать вентральную или латеральную мезодерму. Ядерный β-catenin работает синергетически с сигналом судеб мезодермальных клеток, создавая сигнальную активность центра Nieuwkoop, чтобы индуцировать образование организатора в дорсальной мезодерме.

Функция организатора

Есть два класса генов, которые отвечают за активность организатора: факторы транскрипции и секретируемые белки. Гусекоид (который имеет гомологию между bicoid и крыжовником) является первым известным геном, который экспрессируется в органайзере, и достаточен, и необходим для определения вторичной оси.

Организатор побуждает вентральную мезодерму стать латеральной мезодермой, побуждает эктодерму формировать нервную ткань и индуцирует дорсальные структуры в энтодерме. Механизм, стоящий за этими индукциями, заключается в подавлении костный морфогенетический белок 4 сигнальный путь, который вентрализует эмбрион. В отсутствие этих сигналов эктодерма возвращается к своему состоянию нервной ткани по умолчанию. Четыре молекулы, секретируемые организатором, хордин, ноггин, фоллистатин и Xenopus nodal-related-3 (Xnr-3), напрямую взаимодействуют с BMP-4 и блокируют его способность связываться с его рецептором. Таким образом, эти молекулы создают градиент BMP-4 вдоль дорсальной / вентральной оси мезодермы.

BMP-4 в основном действует в области туловища и хвоста эмбриона, в то время как другой набор сигналов работает в области головы. Xwnt-8 экспрессируется по всей вентральной и латеральной мезодерме. Эндомезодерма (может дать начало энтодерме или мезодерме) на переднем крае архентерона (будущий передний) секретирует три фактора: Цербер, Диккопф и Frzb. В то время как Cerberus и Frzb связываются непосредственно с Xwnt-8, чтобы предотвратить его связывание со своим рецептором, Cerberus также способен связываться с BMP-4 и Xnr1.[6] Более того, Dickkopf связывается с LRP-5, трансмембранным белком, важным для сигнального пути Xwnt-8, что приводит к эндоцитозу LRP-5 и, в конечном итоге, к ингибированию пути Xwnt-8.

Передняя / задняя ось

Формирование переднего / заднего паттерна эмбриона происходит незадолго до или во время гаструляция. Первые клетки, прошедшие инволюцию, обладают передней индуцирующей активностью, в то время как последние клетки обладают задней индуцирующей активностью. Передняя индуцирующая способность происходит от Xwnt-8 антагонистических сигналов Cereberus, Dickkopf и Frzb, обсуждаемых выше. Для развития передней части головы также необходима функция IGF (инсулиноподобных факторов роста), выраженная в дорсальной средней линии и передней нервной трубке. Считается, что IGFs функционируют, активируя каскад передачи сигнала, который мешает и ингибирует как передачу сигналов Wnt, так и передачу сигналов BMP. В задней части два кандидата на постериорирующие сигналы включают eFGF, гомолог фактора роста фибробластов и ретиноевая кислота.

Рыбы

Основа формирования оси в данио параллели с тем, что известно о земноводных. Эмбриональный щит выполняет ту же функцию, что и задняя губа бластопора, и действует как организатор. При трансплантации он способен организовать вторичную ось, а ее удаление препятствует образованию дорсальных структур. β-катенин также играет роль, аналогичную его роли у амфибий. Накапливается в ядре только на дорсальной стороне; вентральный β-катенин индуцирует вторичную ось. Он активирует экспрессию Squint (сигнальный белок, связанный с Nodal, также известный как ndr1) и Bozozok (фактор транскрипции гомеодомена, подобный Siamois), которые действуют вместе, чтобы активировать гусикоид в эмбриональном щите.

Как и у Xenopus, индукция мезодермы включает два сигнала: один от вегетативного полюса для индукции вентральной мезодермы и один от эквивалентных центру Ньюкупа дорсальных вегетативных клеток для индукции дорсальной мезодермы.

Сигналы от организатора также параллельны сигналам от амфибий. Ноггин и хордин, гомолог Chordino, связывается с членом семейства BMP, BMP2B, чтобы блокировать его от вентрализации эмбриона. Dickkopf связывается с Wnt гомологом Wnt8, чтобы блокировать его от вентрализации и костериоризации эмбриона.

Есть третий путь, регулируемый β-катенином у рыб.β-катенин активирует фактор транскрипции stat3. Stat3 координирует движения клеток во время гаструляции и способствует установлению плоской полярности.

Птицы

Дорсальная / вентральная ось определяется в цыпленок эмбрионы по ориентации клеток по отношению к желтку. Вентральная часть опущена по отношению к желтку, когда животное поднимается. Эта ось определяется созданием разницы pH «внутри» и «снаружи» бластодермы между поджелудочным пространством и альбумином снаружи. Подзародышевое пространство имеет pH 6,5, в то время как альбумин снаружи имеет pH 9,5.

Передняя / задняя ось определяется во время начального наклона эмбриона, когда откладывается яичная скорлупа. Яйцо постоянно вращается в последовательном направлении, и происходит частичное расслоение желтка; более светлые компоненты желтка будут около одного конца бластодермы и станут будущими задними частями. Молекулярная основа задней части неизвестна, однако накопление клеток в конечном итоге приводит к образованию задней маргинальной зоны (PMZ).

PMZ является эквивалентом центра Nieuwkoop в том смысле, что его роль состоит в том, чтобы вызвать узел Хенсена. Трансплантация PMZ приводит к индукции примитивной полосы, однако PMZ не влияет на саму полосу. Подобно центру Nieuwkoop, PMZ экспрессирует как Vg1, так и локализованный в ядре β-catenin.

Узел Хенсена эквивалентен органайзеру. В результате трансплантации узла Генсена формируется вторичная ось. Узел Генсена - это место, где начинается гаструляция, и он становится дорсальной мезодермой. Узел Генсена образуется в результате индукции PMZ на передней части PMZ, называемой Серп Коллера. Когда образуется примитивная полоса, эти клетки расширяются и становятся узлом Генсена. Эти клетки экспрессируют гусекоид в соответствии с их ролью организатора.

Организатор у куриных эмбрионов аналогичен функции амфибий и рыб, однако есть некоторые отличия. Подобно амфибиям и рыбам, организатор секретирует белки Chordin, Noggin и Nodal, которые противодействуют передаче сигналов BMP и обеспечивают дорсализацию эмбриона. Однако нейронная индукция не полностью зависит от подавления передачи сигналов BMP. Сверхэкспрессия антагонистов BMP недостаточна для индукции образования нейронов или для образования блока нейронов с избыточной экспрессией BMP. Хотя вся история о нейральной индукции неизвестна, FGF, по-видимому, играют роль в мезодерме и нейральной индукции. Формирование переднего / заднего паттерна эмбриона требует таких сигналов, как цербер от гипобласта, и пространственной регуляции ретиноевая кислота накопление для активации 3 'Hox генов в задней нейроэктодерме (задний мозг и спинной мозг).

Млекопитающие

Самая ранняя спецификация в мышь эмбрионы возникают между трофобласт и клетки внутренней клеточной массы во внешних полярных клетках и внутренних аполярных клетках соответственно. Эти две группы становятся определенными на стадии восьми ячеек во время уплотнения, но не становятся определяемыми, пока не достигнут стадии 64 ячеек. Если аполярная клетка трансплантируется наружу на стадии 8-32 клеток, эта клетка разовьется как клетка трофобласта.

Передняя / задняя ось у эмбриона мыши определяется двумя сигнальными центрами. У эмбриона мыши яйцо образует цилиндр, а эпибласт образует чашу на дистальном конце этого цилиндра. Эпибласт окружен висцеральной энтодермой, эквивалентом гипобласта человека и цыплят. Сигналы для передней / задней оси поступают от примитивный узел. Другой важный сайт - это передняя висцеральная энтодерма (AVE). AVE лежит впереди самого переднего положения узла и лежит прямо под эпибластом в области, которая будет занята мигрирующей эндомезодермой с образованием головной мезодермы и энтодермы передней кишки. AVE взаимодействует с узлом, чтобы определить большинство передних структур. Таким образом, узел может образовывать нормальный ствол, но для формирования головы ему требуются сигналы от AVE.

Открытие гомеобокса в Дрозофила мух и его сохранение у других животных привело к прогрессу в понимании переднего / заднего паттерна. Большинство Hox-генов у млекопитающих обнаруживают паттерн экспрессии, аналогичный гомеотическим генам у мух. У млекопитающих существует четыре копии Hox-генов. Каждый набор Hox-генов паралогичен другим (Hox1a является паралогом Hox1b и т. Д.). Эти паралоги демонстрируют перекрывающиеся паттерны экспрессии и могут действовать избыточно. Однако двойные мутации в паралогичных генах также могут действовать синергетически, указывая на то, что гены должны работать вместе для функционирования.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Slack, J.M.W. (2013) Основная биология развития. Уайли-Блэквелл, Оксфорд.
  2. ^ а б Гилберт, Скотт (2006). Биология развития (8-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Издательство Sinauer Associates, Inc. стр.53 –55. ISBN  978-0-87893-250-4.
  3. ^ Slack, J.M.W. (1991) От яйца до эмбриона. Региональная спецификация на ранней стадии развития. Издательство Кембриджского университета, Кембридж
  4. ^ Макклей Д., Петерсон Р., Рендж Р., Винтер-Ванн А., Феркович М. (2000). «Сигнал индукции микромеров активируется бета-катенином и действует через выемку, чтобы инициировать спецификацию вторичных мезенхимных клеток в эмбрионе морского ежа». Разработка. 127 (23): 5113–22. PMID  11060237.
  5. ^ Тао К., Йокота С., Пак Х., Кофрон М., Бирсой Б., Ян Д., Асашима М., Уайли С., Лин Х, Хисман Дж. (2005). "Материнский wnt11 активирует канонический путь передачи сигналов wnt, необходимый для образования оси у Xenopus эмбрионы ". Клетка. 120 (6): 857–71. Дои:10.1016 / j.cell.2005.01.013. PMID  15797385.
  6. ^ Silva, A C; Filipe M; Куэрнер К. М. К; Steinbeisser H; BelocJ A (октябрь 2003 г.). «Эндогенная активность Цербера необходима для спецификации передней части головы у Xenopus». Разработка. Англия. 130 (20): 4943–53. Дои:10.1242 / dev.00705. ISSN  0950-1991. PMID  12952900.