Региональная дифференциация - Regional differentiation

В области биологии развития , региональная дифференциация представляет собой процесс , с помощью которого различные области определены в развитии раннего эмбриона . Процесс, с помощью которого клетки становятся специфицированными, различается у разных организмов .

Определение судьбы клетки

Что касается приверженности к развитию, клетка может быть либо специфицирована, либо определена. Спецификация - это первый этап дифференциации. Обязательство указанной ячейки может быть отменено, в то время как определенное состояние является необратимым. 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 градиентах морфогена . Другой тип спецификации - это синцитиальная спецификация, характерная для большинства классов насекомых .

Спецификация морских ежей использует как автономные, так и условные механизмы для определения передней / задней оси. Передняя / задняя ось проходит вдоль оси животное / растительный, возникающей во время дробления . Микромеры побуждают соседнюю ткань превращаться в энтодерму, в то время как клетки животных становятся эктодермой . Клетки животных не определяются, потому что микромеры могут побуждать клетки животных также принимать мезодермальные и энтодермальные судьбы. Было замечено, что β-катенин присутствует в ядрах вегетативного полюса бластулы . Проведя серию экспериментов, одно исследование подтвердило роль β-катенина в клеточно-автономной спецификации судьбы вегетативных клеток и способности индуцировать микромеры. Обработка хлорида лития, 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.

Что касается молекулярного механизма β-катенина и микромеров, было замечено, что Notch присутствует равномерно на апикальной поверхности ранней бластулы, но теряется во вторичных мезенхимных клетках (SMC) во время поздней бластулы и обогащается презумптивными энтодермальными клетками в поздняя бластула. 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. disheveled инактивирует GSK-3 и предотвращает фосфорилирование β-катенина. Это позволяет β-катенину избежать деградации и проникнуть в ядро. Единственная важная роль β-катенина - активировать транскрипцию гена Pmar1. Этот ген подавляет репрессор, позволяя экспрессировать микромерные гены.

Пероральная ось аборальный / (аналогично дорсальный / вентральная ось у других животных) задаются узловым гомологом. Этот узел локализовался 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 обнаружена 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. Подобно морским ежам, накопление β-катенина в ядрах было идентифицировано как необходимое и достаточное для индукции энтодермы.

Еще две клеточные судьбы 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 определяет 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 демонстрирует мозаичное поведение . Есть две ячейки, ячейка P1 и ячейка AB. Клетка P1 могла создавать все свои обреченные клетки, в то время как клетка AB могла производить только часть клеток, которые ей суждено было произвести. 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 сперматозоидом 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 линии 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. Были задействованы компоненты передачи сигналов Wnt, которые были названы генами матери . mom-2 является членом семейства белков Wnt (то есть сигналом), а mom-5 является членом семейства белков Frizzled (то есть рецептором).

• Спецификация ABa и ABp

Спецификация ABa и ABp зависит от другого события передачи сигналов от ячейки к ячейке. 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 препятствуют формированию глотки ABp. Было обнаружено, что этим сигналом от P2 является APX-1 из семейства белков Delta. Эти белки, как известно, являются лигандами для белка Notch . GLP-1, белок Notch, также необходим для спецификации судьбы ABp.

Дрозофила

Передняя / задняя ось

Формирование переднего / заднего паттерна у Drosophila происходит 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 наибольшей концентрации бикоида, и передний рисунок зависит от концентрации бикоида. Bicoid работает как активатор транскрипции генов разрыва hunchback (hb), buttonhead (btd), пустых дыхалец (ems) и ортодентичных (otd), а также подавляет трансляцию каудального отдела. Различное сродство к бикоиду промоторов 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. Бикоид 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 локализован в заднем полюсе как ступенчатый морфоген. Единственная роль наноразмеров - репрессировать материнскую транскрибируемую мРНК горбуна в задней части. Другой белок, pumilio, необходим для подавления горбатого нано. Другие задние белки, oskar (который связывает мРНК nanos), Tudor, vasa и Valois, локализуют детерминанты зародышевой линии и nanos 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 торс 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 генов сегментации . Гены сегментации - это гены, экспрессирующиеся в эмбрионе, которые определяют количество, размер и полярность сегментов. На гены гэпа напрямую влияют материнские гены, и они 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 гены парных правил . Каждый ген парного правила экспрессируется 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 генов первичных парных правил 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, чтобы экспрессироваться 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 трансформируется в экспрессию генов полярности сегментов 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 градуированных ежей или каскад сигналов, инициированных этими белками. В отличие от генов пробела 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 полярности сегментов поддерживается петлей обратной связи с участием hedgehog и wingless.

В то время как гены сегментации могут определять количество, размер и полярность сегментов, гомеотические гены могут определять идентичность сегмента. Гомеотические гены активируются генами разрыва и генами парных правил. Комплекс Antennapedia и комплекс bithorax 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, играющие роль в клеточной адгезии, и другие клеточные сигналы. Позднее 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, в то время как гены trithorax поддерживают хроматин в активной конформации.

Все гомеотические гены разделяют сегмент белка со сходной последовательностью и структурой, называемый гомеодоменом (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, определяющий вентральную сторону эмбриона (название происходит от мутаций, которые привели к дорсализованному фенотипу). Дорсальная часть похожа на бикоид в том смысле, что это ядерный белок; однако, в отличие от бикоида, дорсальная часть равномерно распределена по эмбриону. Разница концентраций возникает из-за дифференциального переноса ядер. Механизм, с помощью которого дорсала становится дифференцированно локализованной в ядрах, состоит из трех этапов.

Первый шаг происходит на дорсальной стороне эмбриона. Ядро ооцита движется по дорожке микротрубочек к одной стороне ооцита. Эта сторона посылает сигнал, гуркен , рецепторам торпед на клетках фолликула. Торпеды рецептор присутствует во всех клетках фолликул; однако сигнал гуркена 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. Фолликула клетки секретируют windbeutel, Нудель, и трубы, которые создают протеаза-активирующий комплекс. Поскольку клетки дорсального фолликула не экспрессируют трубу, они не могут создавать этот комплекс. Позже эмбрион секретирует три неактивные протеазы ( дефектная гаструляция, змеиная и пасхальная ) и неактивный лиганд ( spätzle ) в перивителлиновое пространство. Эти протеазы активируются комплексом и расщепляют spätzle в активную форму. Этот активный белок распределяется от вентрального к дорсальному градиенту. Toll является рецепторной тирозинкиназой для spätzle и преобразует ступенчатый сигнал spätzle через цитоплазму для фосфорилирования кактуса . После фосфорилирования кактус больше не связывается со спинной частью, оставляя его свободным для входа в ядро. Количество высвобожденного спинного мозга зависит от количества присутствующего белка шпецле .

Третий шаг - региональная экспрессия зиготических генов decapentaplegic ( dpp ), zerknüllt , tolloid , twist , snail и rhomboid из-за экспрессии дорсального отдела в ядре. Для включения транскрипции твиста и улитки требуются высокие уровни дорсального отдела . Низкие уровни спинного мозга могут активировать транскрипцию ромбовидных. Дорсальный репрессирует транскрипцию zerknüllt, tolloid и dpp. Зиготические гены также взаимодействуют друг с другом, чтобы ограничить свои домены экспрессии.

Амфибии

Дорсальная / вентральная ось и органайзер

Между оплодотворением и первым дроблением у эмбрионов Xenopus 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 эмбрионы Xenopus имеют четкую дорсальную / вентральную ось.

В ранней гаструле большая часть ткани зародыша не определяется. Единственным исключением является 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 дорсальной вегетативной областью, 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 давать начало большинству структур эмбриона, включая мезодерму . Серия экспериментов Pieter Nieuwkoop показала, что если удалить краевую зону и поместить животную и вегетативную шапочки рядом друг с другом, мезодерма выходит из шапочки животного, а ткани спины всегда прилегают к спинным вегетативным клеткам. Таким образом, эта дорсальная вегетативная область, названная центром Nieuwkoop, была способна индуцировать образование организатора.

Анализы двойникования идентифицировали белки Wnt 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 (GSK-3 Binding Protein) и Disheveled . Текущая модель состоит 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 кортикального вращения ( нарушение симметрии и кортикальное вращение ). Однако истощение Disheveled не имеет никакого эффекта. GBP действует как при истощении, так и при чрезмерной экспрессии. Недавние доказательства, однако, показали, что Xwnt11, молекула Wnt, экспрессируемая у Xenopus , является как достаточной, так и необходимой для образования дорсальной оси.

Формирование мезодермы происходит по двум сигналам: один для вентральной части, другой для дорсальной части. Анализы с шапочкой животных использовали для определения молекулярных сигналов от вегетативной шапочки, которые способны побуждать шапку животного к формированию мезодермы. В анализе кепки на животных интересующие молекулы либо наносят в среду, в которой выращивают кепку, либо вводят в виде мРНК раннему эмбриону. Эти эксперименты идентифицировали группу молекул, семейство трансформирующего фактора роста-β (TGF-β). С доминантно-негативными формами TGF-β ранние эксперименты были способны идентифицировать только семейство молекул, а не конкретный член. Недавние эксперименты идентифицировали Xenopus nodal-related белки (Xnr-1, Xnr-2 и Xnr-4) как сигналы, индуцирующие 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. Гуськоид (который имеет гомологию между бикоидом и крыжовником) является первым известным геном, который экспрессируется в организаторе, и достаточен, и необходим для определения вторичной оси.

Организатор побуждает вентральную мезодерму превращаться в латеральную мезодерму, побуждает эктодерму формировать нервную ткань и индуцирует дорсальные структуры в энтодерме. Механизм, лежащий в основе этих индукций, заключается в ингибировании сигнального пути костного морфогенетического белка 4, 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 действует в области головы. Xwnt-8 экспрессируется по всей вентральной и латеральной мезодерме. Эндомезодерма (может давать начало либо энтодерме, либо мезодерме) на переднем крае архентерона (будущий передний) секретирует три фактора Cerberus , Dickkopf и Frzb . В то время как Cerberus и Frzb связываются напрямую с Xwnt-8, чтобы предотвратить его связывание со своим рецептором, Cerberus также способен связываться с BMP-4 и Xnr1. Кроме 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 гаструляции . Первые клетки, которые подвергаются инволюции, 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. Развитие передней части головы также требует функции IGF (инсулиноподобных факторов роста), выраженной в дорсальной средней линии и передней нервной трубке. Считается, что IGFs функционируют, активируя каскад передачи сигналов, который препятствует 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 ретиноевую кислоту .

Рыба

Основа для формирования оси у рыбок данио аналогична тому, что известно у земноводных. Эмбриональный щит выполняет ту же функцию, что и дорсальная 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 земноводных. 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 земноводных. Ноггин и гомолог хордина Chordino связываются с членом семейства BMP, BMP2B, чтобы блокировать его от вентрализации эмбриона. Dickkopf связывается с гомологом Wnt 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 у куриных эмбрионов ориентацией клеток по отношению к желтку. Вентральная часть опущена по отношению к желтку, в то время как 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, 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. Трансплантация узла Генсена приводит к образованию вторичной оси. Узел Генсена - это место, где начинается гаструляция, и он становится дорсальной мезодермой. Узел Генсена образуется в результате индукции PMZ на передней части PMZ, называемой серпом 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 земноводных и рыб, однако есть некоторые отличия. Подобно земноводным и рыбам, организатор действительно 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, FGFs, по-видимому, играют роль в мезодерме и нейральной индукции. Формирование переднего / заднего паттерна эмбриона требует таких сигналов, как cerberus от гипобласта и пространственной регуляции накопления ретиноевой кислоты для активации 3 'Hox генов в задней нейроэктодерме (задний мозг и спинной мозг).

Млекопитающие

Самая ранняя спецификация у эмбрионов мышей происходит между трофобластом и клетками 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 исходят от примитивного узла . Другой важный участок - 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 у мух дрозофилы и его сохранение у других животных привело к прогрессу в понимании переднего / заднего паттерна. Большинство Hox-генов у млекопитающих демонстрируют паттерн экспрессии, который аналогичен гомеотическим генам у мух. У млекопитающих имеется 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

• Формирование паттерна
• Спецификация (технический стандарт)

использованная литература