Органайзер Spemann-Mangold - Spemann-Mangold organizer

В Органайзер Spemann-Mangold это группа клеток, которые отвечают за индукцию нервных тканей во время развития у амфибий эмбрионы. Впервые описан в 1924 г. Ганс Спеманн и Хильде Мангольд Введение организатора предоставило доказательства того, что на судьбу клеток могут влиять факторы из других популяций клеток.^[1] Это открытие существенно повлияло на мир биология развития и коренным образом изменили представление о раннем развитии.

Открытие

Организатор Спеманна-Мангольда впервые был описан в 1924 г. Ганс Спеманн и Хильде Мангольд. До его открытия несколько групп предположили, что существует часть развивающихся эмбрион который служит «организационным центром». В 1918 и 1921 годах Ханс Спеманн показал, что пересадка предполагаемого эпидермис в область предполагаемых нервная ткань изменит судьбу трансплантированных клеток на их новое место назначения, и то же самое, когда он трансплантирует предполагаемую нервную ткань туда, где формировался предположительный эпидермис. Спеманн также показал, что, пересадив кусок из верхней бластопор губу в область презумптивного эпидермиса, вторичного эмбрионального зачаток сформированы, в том числе вторичные нервная трубка, нотохорд и сомиты. Кроме того, разделив эмбрион пополам и повернув полюс животного в отношении растительный полюс в результате детерминация распространилась от нижнего вегетативного полюса, где располагалась верхняя губа бластопора, к верхней половине животного. Он также соединил вместе две идентичные половинки от разных эмбрионов и наблюдал образование нервная пластинка. Эта работа предоставила первоначальные доказательства, подтверждающие идею о существовании некоего «организационного центра», который был определен раньше, чем другая эмбриональная ткань, и влиял на определение окружающих клеток.^[1]

Чтобы проверить эту гипотезу, Спеманн вместе с Хильде Мангольд провели эксперименты между 1921 и 1922 годами, используя эмбрионы из Triturus cristatus и Triturus Taeniatus которые проходили гаструляция. Проведенный эксперимент напоминал эксперимент 1918 г., но вместо гомопластический Для трансплантации они использовали эмбрионы двух близкородственных видов тритонов. Одно из преимуществ использования кристат и Taeniatus эмбрионов было то, что кристат клеткам эмбриона не хватало пигмента, поэтому судьбу трансплантата можно было легко отследить, если поместить его среди пигментированных Taeniatus клетки. Часть верхней губы бластопора была удалена из кристат эмбриона и пересаживают в вентральную область презумптивного эпидермиса в Taeniatus эмбрион, вдали от развивающегося бластопора хозяина. После этой трансплантации они наблюдали образование вторичного зачатка эмбриона, что соответствовало их предыдущей работе. Этот вторичный эмбрион имел нормальные черты первичного эмбриона, включая структуры, такие как нервная пластинка и хорда, хотя они немного отставали в развитии. Разделение эмбриона показало, что клетки трансплантата были включены в мезодерма, нервная пластинка, и составляла почти всю хорду вторичного эмбриона. Далее было показано, что нервная пластинка почти полностью состоит из клеток хозяина. Taeniatus эмбрион. Эти эксперименты пришли к выводу, что часть верхней губы бластопора может быть трансплантирована в индифферентную ткань другого эмбриона и побудить ткань хозяина к формированию вторичного эмбриона, таким образом задействовав пересаженную ткань как «центр организации».^[1]

Открытие Организатора Спеманна-Мангольда считается одним из самых важных открытий в области биология развития и в результате Ханс Спеманн был награжден Нобелевская премия в 1935 году за его работу. Механизмы работы этого организатора были предметом последующих десятилетий исследований.

Механизм

Организатор Спеманна-Мангольда относится к популяции клеток в Xenopus laevis эмбрион который устанавливает дорсо-вентральную и переднезаднюю оси.^[2] Хотя организатор существует у других видов, термин организатор Спеманна-Мангольда специально зарезервирован для эмбриона амфибии. Органайзер Spemann-Mangold расположен в тыльной губе бластопора, где гаструляция движения возникают. Исходные клетки-организаторы мигрируют и локализуются кпереди. Ячейки-органайзеры подразделяются на организаторы головы, туловища и хвоста. Эти разные популяции клеток имеют разные индукторы и создать уникальный фактор роста градиенты по мере их миграции. Вторичные межклеточные взаимодействия дополнительно определяют оси гаструляции и нейруляция продолжается.^[3]

Органайзер Spemann-Mangold особенно важен в мезодерма индукция. В модели с тремя сигналами дорсализирующий сигнал от организатора опосредуется костный морфогенный белок (BMP) градиенты, чтобы дать начало клеткам мезодермальной судьбы. Два других сигнала возникают из растительный полюс и индуцируют крайнюю вентральную и дорсальную мезодерму в вышележащей маргинальной зоне.^[4]

Чтобы органайзер Spemann-Mangold сформировался, материнские факторы, такие как mVegT, должны присутствовать в растительной шапке.^[5] Передача сигналов пути Wnt является другим важным материнским сигналом в формировании организатора и требуется автономно для экспрессии генов организатора.^[2] Сиамуа (Sia) и Twin (Xtwn) выражаются в начале зиготного ген выражение в бластула и активируются с помощью передачи сигналов Wnt в бластуле Chordin - и Noggin -экспрессионный (BCNE) центр.^[6][5] Sia и Xtwn могут действовать как гомо- или гетеродимеры для связывания консервативного сайта P3 внутри проксимальный элемент (PE) мурашки по коже (Gsc) промоутер.^[6] Передача сигналов Wnt также действует с mVegT, повышая регуляцию Xnr5, секретируемого Nieuwkoop центр, во внутренней дорсо-вегетативной области, которая затем будет индуцировать дополнительные факторы транскрипции, такие как Xnr1, Xnr2, Gsc, хордин (chd). Последний сигнал опосредован Передача сигналов Nodal / Activin, побуждая факторы транскрипции, что в сочетании с Sia, вызовет цербер (Cer) ген.^[5]

У организатора есть как транскрипционные, так и секретируемые факторы. Факторы транскрипции включают гусекоид, Lim1 и Xnot, которые все гомеодоменные белки. Гуськоид был первым обнаруженным геном-организатором, обеспечившим «первую визуализацию клеток-организаторов Спеманна-Мангольда и их динамических изменений во время гаструляции».^[7] Хотя это был первый ген, который был изучен, это не первый активируемый ген. После активации транскрипции Sia и Xtwn, Gsc экспрессируется в субнаборе клеток, охватывающих 60 ° дуги в дорсальной маргинальной зоне.^[8] Выражение Gsc активирует экспрессию секретируемых сигнальных молекул.^[7] Вентральная инъекция Gsc приводит к фенотип как видно из оригинального эксперимента Спеманна и Мангольда: двойная ось.^[8]

Секретируемые факторы организатора образуют градиенты в эмбрионе, чтобы дифференцировать ткани.

Фактор	Механизм
Chordin	BMP антагонист
Noggin	BMP антагонист
Фоллистатин	Активин и антагонист BMP
Frzb1	Wnt антагонист
Секретируемый белок-2, связанный с вьющимися волосами (sFrp2)	Wnt антагонист
полумесяц	Wnt антагонист
dickkopf-1	Wnt антагонист
цербер	Nodal, Wnt и антагонист BMP
анти-дорсальный морфогенный белок (Admp)	Фактор роста

Международное признание

После открытия Организатора Sepmann-Mangold многие лаборатории поспешили первыми открыть для себя побуждающие факторы отвечает за эту организацию.^[9] Это оказало большое международное влияние, поскольку лаборатории в Японии, России и Германии изменили взгляд на и изучение организации развития.^[9][10][11] Однако из-за медленного прогресса в этой области многие лаборатории отводят исследовательские интересы от организатора, но не раньше, чем влияние открытия было оказано.^[9] Спустя 60 лет после открытия организатора многие Нобелевские премии были даны биологи развития за работу, выполненную под влиянием Организатора.^[10]

Япония

До середины 19 века Япония была закрытым обществом, которое не участвовало в достижениях современной биологии до конца того же века. В то время многие студенты, уехавшие за границу для обучения в американских и европейских лабораториях, вернулись с новыми идеями о подходах к наукам о развитии. Когда вернувшиеся студенты попытались внедрить свои новые идеи в японскую экспериментальную эмбриологию, они были отвергнуты членами Японского биологического общества. После публикации организатора Spemann-Mangold гораздо больше студентов отправились учиться за границу в европейские лаборатории, чтобы узнать больше об этом организаторе, и вернулись, чтобы использовать эти знания для получения огромных преимуществ в эмбриональной биологии в то время. Открытие организатора повлияло на многие проекты по индукции эмбрионов в Японии. Например, Т. Ямада создал теорию двойного потенциала для процесса индукции у эмбрионов. Еще одним открытием после открытия организатора стало модифицированное Карта судьбы Фогта используя тритон и Xenopus бластула исследователем Осаму Накамурой. Новая концепция трансдифференцировка был предложен Т.С. Окада и Г. Эгути. Эти и многие другие открытия в Японии были вдохновлены публикацией организатора Спеманна и Мангольда.^[9]

Россия

Публикация организатора Сепманна-Мангольда также имеет огромное влияние на российские исследования развития. Организатора Спеманна сначала не приняли в России. Российские ученые не согласились с идеей эмбриональных индукторов (морфогены ), потому что российские исследователи сосредоточились на паттерны развития в эволюции. Только когда другой исследователь, А. Гурвич, опубликовал свою теорию эмбриональные поля что российские ученые стали принимать другие теории развития, включая организатора Сепманна-Мангольда, поскольку он согласуется со многими концепциями теории Гурвича. Благодаря этому новому влиянию лаборатории в Москва и Ленинград начали сосредотачиваться на генетическом контроле индивидуального развития вместо эволюционного развития. Россия начала анализировать морфогенетические взаимодействия тканей так же, как Спеманн, используя систему глаз-хрусталик. Благодаря этому исследованию Россия смогла расширить область применения своих исследований линз и нервная индукция, а открытие индукционной линзы повлияло на начало открытия лабораторий по механике развития в России.^[11]

Германия

В Германии период, последовавший сразу за публикацией Спеманна-Мангольда, был известен как период с небольшим прогрессом, поскольку многие вопросы, поставленные новым органайзером, остались нерешенными. Целостный взгляд организатора Спеманна-Мангольда требовал дополнительных исследований, так как многие методы не были доступны на момент публикации. Спеманн инициировал движение развития и молекулярная биология и повлиял на многие проекты в Германии, основываясь на своих открытиях. Работа Спеманна с рубленая ткань органайзера указали на присутствие морфогенов, которые затем привели к гипотезе двойного градиента Тойвонена и Саксена. Это привело к открытию, что исследования тканей содержали факторы, вызывающие индуцирующую активность. Благодаря открытию организатором Spemann-Mangold и предложению морфогенов лаборатории в Германии смогли дополнительно узнать о механизмах, лежащих в основе разработки, с помощью новых методов для углубления знаний в этой области.^[10]

использованная литература

1. Спеманн, Ганс (2001). «Индукция эмбриональных зачатков путем имплантации организаторов из другого вида». Международный журнал биологии развития. 45 (1): 13–38. PMID  11291841.
2. Воника, Алин (1 декабря 2007 г.). «Центр Xenopus Nieuwkoop и организатор Spemann – Mangold разделяют молекулярные компоненты и требования для материнской активности Wnt». Биология развития. 312 (1): 90–102. Дои:10.1016 / j.ydbio.2007.09.039. ЧВК  2170525. PMID  17964564.
3. Нирс, Кристоф (1 июня 2004 г.). «Региональная индукция организатора Spemann – Mangold». Природа Обзоры Генетика. 5 (6): 425–434. Дои:10.1038 / nrg1347. PMID  15153995. S2CID  13176134.
4. Паунолл, Мэри Элизабет (2010). Передача сигналов FGF в развитии позвоночных (1-е изд.). Морган и Клейпул Науки о жизни. ISBN  978-1615040636.
5. Судоу, Н. (май 2012 г.). «Динамическое связывание in vivo факторов транскрипции с цис-регуляторными модулями Cer и Gsc в поэтапном формировании организатора Спеманна-Мангольда». Развитие. 139 (9): 1651–1661. Дои:10.1242 / dev.068395. ЧВК  4074222. PMID  22492356.
6. Пэ, Сангу (15 апреля 2011 г.). «Сиамуа и Близнецы являются избыточными и важными в формировании Организатора Spemann». Биология развития. 352 (2): 367–381. Дои:10.1016 / j.ydbio.2011.01.034. ЧВК  3065516. PMID  21295564.
7. Де Роберти, Эдвард М (апрель 2006 г.). «Организатор Спемана и саморегуляция эмбрионов амфибий». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология. 7 (4): 296–302. Дои:10.1038 / nrm1855. ЧВК  2464568. PMID  16482093.
8. Чо, Кен У. (20 декабря 1991 г.). «Молекулярная природа организатора Спеманна: роль гускоида Xenopus Homeobox». Ячейка. 67 (6): 1111–1120. Дои:10.1016 / 0092-8674 (91) 90288-а. ЧВК  3102583. PMID  1684739.
9. Асашима, Макото (2001). «Влияние Спеманна на японскую биологию развития». Международный журнал биологии развития. 45 (1): 57–65. PMID  11291871.
10. Грунц, Хорст (2001). «Биология развития земноводных по Гансу Шпеману в Германии». Международный журнал биологии развития. 45 (1): 39–50. PMID  11291869.
11. Михайлов, Александр (2001). «Последствия концепции организатора Спеманна-Мангольда для эмбриологических исследований в России: личные впечатления». Международный журнал биологии развития. 45 (1): 83–96. PMID  11291874.