Madame Lelica

Přehled segmentovaného deriváty (Obr. 1)

mezoderm se zpočátku vytváří v primitivním pruhu během gastrulace a později se pokračuje v rozvoji ocasního pupenu. Za prvé, chordamesoderm tvoří notochord, který se rozšiřuje pod nervovou trubici, jak je pozorováno u lidských embryí7., Mezoderm leží podél notochordu a dělí se na paraxiální mezoderm, mezoderm mezoderm a laterální desku mesoderm8. Mezodermální podtypy jsou specifikovány podél mediolaterální osy v závislosti na činnostech BMPs9. Studie s kuřecích embryí prokázáno, že Kebuli, BMP inhibitor vyjádřil nejprve v notochord a pak v somatický mezoderm vytváří BMP gradient, který určuje segmentovaného subtypes10. Další studie s myší embryi ukázala, že notochord vede k jádru pulposus, který později tvoří vertebrální disky11.,

Paraxiální mesoderm rozvoje se skládá z několika fází: presomitic mesoderm specifikace, somitogenesis, a somite specification12. Zralé somity obsahují dvě hlavní populace: sklerotom a dermomyotom. Sklerotom způsobuje vznik obratlů a přidružených žeber, šlach a dalších tkání, jako jsou vaskulární buňky dorzální aorty, intervertebrální krevní cévy a meninge12, 13. Dermomyotom produkuje dvě složky: myotom a dermatom., Myotom vyvolává svalstvo zad, hrudní klec, ventrální stěnu těla a končetiny. Na dermatom vzniká dermis zpět, i když termín dermomyotome je někdy používán k popisu tohoto regionu, protože nedávná studie ukázala, že tato centrální oblast dermomyotome také dala vzniknout svaly v kočku embryos14.

boční desky mesoderm tvoří splanchnický mezoderm, somatický mezoderm, a extraembryonálních membrán, jak o tom svědčí studie holka embryos15., Na splanchnický mezoderm dává vznik součásti oběhového systému, jako je například srdce, cév a krevních buněk, vzhledem k tomu, že somatické mesoderm tvoří kostra pánevní a segmentovaného komponenty končetin, s výjimkou svalů, které jsou odvozeny z dermomyotome14,16. Mezilehlý mezoderm tvoří urogenitální systém, včetně ledvin a gonád8.,

SPECIFIKACE presomitického mesodermu

časný paraxiální mesoderm je označován jako presomitický mezoderm a skládá se z bilaterálních pruhů mesenchymálních buněk sousedících s notochord17. Presomitický mesoderm je odvozen od primitivního pruhu nebo neuromesodermálních progenitorů v ocasním pupenu,jak je ukázáno ve studiích s myší a ptačím embryem18, 19. V těchto krocích, člun ze dřeva vyrábí notochord chrání paraxiální mesoderm z lateralizace tím, Bmp produkován střední mezoderm a laterální ploténky mesoderm9,10., Tento gradient je rozhodující pro stanovení osudu mezodermálních buněk 9, 10. Když Kebuli-vyjádření buňky byly implantovány do podezřelé boční desky regionu, somitic tkání byly vytvořeny v původním boční desky území holka embryí10. To dokazuje, že paraxiální mezoderm a laterální ploténky mesoderm sdílet společné prekurzory v primitivní pruh, a že buňka osud je z plastu, v závislosti na přechody BMP činnosti.

WNT signalizace je další zásadní cestou v těchto procesech., Wnt3a je široce vyjádřena v primitivním pruhu a ocasním pupenu, jak bylo odhaleno ve studii mice18. Ztráta funkce Wnt3a nebo Ctnnb1, což je gen kódující β-catenin, vedlo ke ztrátě paraxiální mesoderm předků a jejich deriváty, presomitic mesoderm a somitů u myší embryos18. Klíčové transkripční regulátory v presomitic mesoderm specifikace, včetně Brachyury (T), Tbx6, a Mesogenin1 (Msgn1), jsou známé po proudu faktory Wnt signaling20.,

T, T-box transkripční factor21, je vyjádřena v primitivní pruh, ocas bud, brzy mesoderm a primitivní ektoderm vedle primitivní pruh, notochordal desky, a notochord, jak ukázaly studie myši embryos22. Klasické genetické analýzy pomocí spontánních mutantních myší odhalily, že T je nezbytné pro tvorbu mezodermu 22, 23. Ztráta funkce T způsobila narušení tvorby primitivních pruhů a nedostatečnou tvorbu mezodermu v myších embryích23.,

tbx6, transkripční faktor t-boxu, je zpočátku vyjádřen v primitivním pruhu a později v ocasním pupenu a presomitickém mezoderm24. Studie s myší embrya prokázat, že Tbx6 výraz v paraxiální mesoderm je omezeno presomitic mesoderm a rychle downregulated jako somite forms24. Výraz Tbx6 tedy překrývá výraz T v primitivním pruhu a ocasním pupenu, ačkoli T je vyjádřen v dřívějším bodě v primitivním streak24. Ztráta funkce tbx6 u myší vedla k přeměně předpokládaného presomitického mesodermu na nervové tkáně25., V Tbx6-knockout myší, Sox2, člen Sry-related high mobility group box obsahující geny, byl ectopically vyjádřené v předpokládanou presomitic mesoderm regionu; Sox2 nebyla vyjádřena v tomto regionu wild-type mice25. Vzhledem k tomu, že Sox2 je známo, že být kritickým faktorem pro neuroektodermální rozvoje, to znamená, že Tbx6 podporuje presomitic mesoderm specifikace potlačování exprese Sox2 a nervové fates25.

Msgn1, základní helix-loop-helix (bHLH) transkripční faktor, je vyjádřena v paraxiální mesoderm z gastrulation, dokud somite formation26., Zvýšená exprese Msgn1 u myší rozšířil Tbx6-vyjádření regionů prostřednictvím kufru, což vede k rozšíření presomitic mesoderm regionu do anterior27. Ztráta funkce Msgn1 snížila expresi tbx6 v presomitickém mezoderm27u a způsobila úplné selhání tvorby somitu a segmentace trupu a ocasu v mice26. Tyto výsledky ukazují, že Msgn1 je dalším determinantem presomitické mezodermy.,

Specifikace neuromesodermal předci

V posteriorní oblasti embrya, paraxiální mesoderm je odvozena z populace buněk tzv. neuromesodermal kmenových buněk, které mají bipotential diferencovat do obou segmentovaného a ektodermální typy buněk, jak bylo prokázáno u myší study28. Buněčný osud je určen několika morfogeny vyjádřenými podél přední a zadní osy., Histologické studie s myší embrya prokázáno, že Fgf8 a Wnt3a jsou vysoce exprimován v obratlovců ocas bud, vzhledem k tomu, že kyselina retinová (RA) gradient je vyroben z somite a nervové plate29. Fgf8 a Wnt3a bylo zjištěno, že upregulate oba Msgn1 a Tbx6, což vede k podpoře presomitic mesoderm specifikace potlačením exprese Sox2 a nervových buněk osud specifikace myš embryos25,30.,

Ztráta funkce analýzy a aldehyd dehydrogenázy 1 člena rodiny A2 (Raldh2), který funguje jako katalyzátor RA syntézy, bylo zjištěno, že Raldh2−/− embrya myši vykazovaly zvýšená exprese Fgf8 v přední části embryo29. Deficitní myši zobrazí také poruchou tvorby somitů s poklesem Sox2 pozitivní a Sox1-pozitivní neuroektodermální potomstvo, a zvýšení Tbx6-pozitivní presomitic segmentovaného progeny29. Fenotyp zhoršené tvorby somitu u myší Raldh2 – / – byl zachráněn léčbou antagonistou receptoru FGF29., Tato zjištění naznačují, že RA přímo potlačuje expresi Fgf8 a Tbx6, což má za následek specifikaci buněčného osudu na typy nervových buněk s upregulací Sox2. Dále naznačují, že rovnováha signálních aktivit mezi těmito protichůdnými morfogeny je klíčovým determinantem nervových a mezodermálních buněčných fates29, 30.

Somitogeneze

somit je odvozen od předního presomitického mezodermu prostřednictvím řady dynamických morfogenetických událostí, které zahrnují cyklickou signalizaci., Periodicita tvorby somitomerů je produkována segmentačními hodinami, které pracují v presomitickém mesodermu. Studie s myší embryi prokázala, že tento segmentový prepattern je definován na „determinační frontě“, která vytváří budoucí somitické hranice. Tento proces probíhá podle „hodiny a Wavefront modelu“: hodiny určuje čas, a wavefront určuje místo pro segmentation32. Mezenchymální-epiteliální přechod (MET) je dalším nezbytným procesem pro somitogenezi, protože se podílí na tvorbě epiteliálního somitu33., Studie s myší embrya prokázat, že během těchto procesů, Msgn1 je downregulated, ale několik dalších značek, včetně Mesp2, Paraxis, Pax3, Foxc1/2, a Meox1/2, jsou upregulated9,34,35,36.

Segmentace hodiny

hlavní signální dráhy v segmentaci hodiny jsou Notch, Wnt/b–catenin, a FGF dráhy, jeţ tvoří molekulární sítě a generovat vlnou genové exprese podél embryonální osy., Globální genové exprese analýzy v myších bylo zjištěno, že Zářez – a FGF-související cyklické geny pohybuje většinou v opačné fázi Wnt-cyklické genů, což naznačuje, přeslechy mezi tyto signalizace pathways37,38. U myší jsou hodiny v každé oblasti presomitického mesodermu dobře chápány jako mechanismus negativní zpětné vazby zaměřený na aktivity transkripčního faktoru Hes739,40. Hes7 je zpočátku aktivován signalizací FGF a poté je řízen Notch activity40. Hes7 potlačuje vlastní transkripci a vytváří oscilační vzorec expresion39., Notch signalizace aktivuje segmentovaného zadní 2 (Mesp2), bHLH transkripční faktor, který potlačuje Zářez cesta přes lunatic fringe (L-fng)41. Aktivita zářezu tedy osciluje v presomitickém mesodermu jako“oscilátor hodin zářezu“ 42. FGF signalizace také osciluje prostřednictvím fosforylace extracelulární signálně regulované kinázy, signalizační molekuly FGF po proudu, která byla také prokázána v mice43.

určení přední a segmentace

Mesp2 je hlavním regulátorem nástupu segmentace35., Mesp2 je vyjádřena v počáteční fázi segmentace v presomitic mesoderm35, a jeho exprese je omezena na rostrální prostoru u oscilátorů v Zářezu a FGF dráhy, jak o tom svědčí studie myši embryos43. Mesp2 výraz je aktivován Zářez dráhy v přední části podezřelé somite44, vzhledem k tomu, že je potlačena FGF signalizaci v zadní části, což vede k tvorbě přední a zadní borders35,45. Tento model je podporován několika řádky důkazů., Za prvé, exprese Mesp2 byla silně potlačena v embryích mutantních myší zářezu, jako jsou Dll1-null a RBP-jk-null embryos40. Za druhé, doména exprimující Mesp2 byla posunuta do zadního presomitického mezodermu v nepřítomnosti signalizace FGF v myších embryích43.

, Jak je popsáno dříve, Mesp2 hraje klíčovou roli při tvorbě hranice somite segmenty a v založení rostrocaudal vzorování každé somite35,42. Ukázalo se, že embrya myší Mesp2-null mají nesegmentovaný somit se zcela kaudalizovanými somitovými deriváty35., Aktivita zářezu je nutná pro kaudalizaci somitu, protože jeho nepřítomnost v kaudálním prostoru vedla k rostralizovanému fenotypu v mice46. S ohledem na mechanismus Mesp2-zprostředkované somite vzorování, studie na myších embryí prokázáno, že Mesp2 potlačuje Zářez činnost v rostrální prostoru tím, že destabilizuje Mastermind-like 1, jednu z klíčových komponent jaderné Zářez mezibuněčné domény complex47. To vede k rostrocaudální tvorbě prostřednictvím diferenciální Zářezové aktivity47.,

studie s myší embrya prokázáno, že Mesp2 aktivuje svůj cíl Ripply2, který potlačuje Mesp2 projevu prostřednictvím inhibice Tbx6 v negativní zpětné vazby, což vede k tvorbě další segmentové border48. Další výzkum na myších prokázal, že Mesp2 také upreguluje Eph v přední části somitomeres, které je následováno upregulace ephrin v protilehlé zadní polovinu více přední somitomere49., Poté dochází k oddělení somitu od předního konce presomitického mesodermu na hranici mezi buňkami exprimujícími ephrin a Eph49. Tento vzor se opakuje postupně v procesu somitogenesis42.

mezenchymální epiteliální přechod

MET je nezbytný k vytvoření epiteliální vrstvy somitu během somitogeneze, protože presomitický mezoderm se skládá pouze z mezenchymálních buněk., Studie s myší embrya ukázaly, že bez POTKAL, ani epitelové somite ani dermomyotome může řádně formě; absence SETKAL vede k abnormality osového skeletu, jako jsou četné vzorování vady svalstvo v axiálním skeletu, končetin a těla wall33. Během budoucích somatických hranic předpokládá vnější epiteliální vrstva apikálně-bazální polaritu a vyjadřuje n-kadherin, β-Katenin a F-aktin v apikálních adherencích., Tento proces je důvěrně regulován prostorovým a časovým způsobem podél přední a zadní osy, o čemž svědčí studie u ptáků50.

Paraxis, bHLH transkripční faktor, je vyjádřena v presomitic mesoderm a somitů. Paraxis je nezbytný pro epitelizaci ve vývojovém procesu somite33. Paraxis-null myší neměl epitelové somitů, i když somitů jsou segmentované do volné mezenchymálních jednotky přibližně správnou velikost a pravidelnost jako somitů v paraxiální mesoderm33., Mutanti také vykazovali kosterní abnormality, jako je kaudální agenesis33. Tyto skutečnosti naznačují, že Paraxis je nutný pro tvorbu epiteliálního somitu, ale ne pro segmentaci paraxiálního mezodermu.

Somitic MET in the mouse and chick paraxial mesoderm is dependent on WNT signaling from the overlying surface ectoderm51, 52. Přestože segmentace paraxiálního mesodermu byla udržována i při odstraňování povrchového ektodermu, u mice52 nedošlo k somitickému metu. Ztráta signalizace Wnt způsobila ztrátu exprese Paraxis a somitic se setkal v mice52., Kromě toho, Wnt6 výraz v povrchové ektodermu vyvolané somitic SETKAL, a mimoděložní Wnt6 výraz nahradit nedostatek povrchu ektoderm a β-catenin závislé procesy ve chick embryos53. Navíc nucená exprese paraxe zachránila epitelizaci somitu v nepřítomnosti signalizace Wnt v embryích kuřat54. Na druhou stranu, paraxis−/− myší embrya ukázal snížil expresi downstream genů Wnt a Notch signální dráhy, stejně jako snížená exprese Meox1/2 a Pax1, které jsou nutné pro správné somite tvorba a specifikace, respectively55., Tato fakta naznačují, že paraxis se podílí na epitelizaci zprostředkované signalizací Wnt v PSM55.

předchozí zprávy ukázaly, že Meox1 a Meox2 jsou coexpressed v epiteliálních somitů, sclerotome, a končetiny pupeny, vzhledem k tomu, že dermomyotome pouze vyjadřuje Meox156. Meox1-nulové mutantní myši měly defekty ve vývoji axiálního skeletu, ale ne vývoj svalu57, zatímco meox2-nulové mutantní myši vykazovaly nedostatek svalů končetin, stejně jako obecně sníženou svalovou hmotu, ale žádnou abnormalitu v axiální kostře56., Tyto výsledky naznačují, že meox1 nahrazuje Meox2 ve sklerotomu, ale ne myotom a že Meox2 kompenzuje nedostatek Meox1 v myotomu, ale ne sklerotom.

Foxc1 a Foxc2, členové winged helix transkripční faktory, jsou exprimovány v mnoha tkáních, které tvoří somitů, vedoucí mesoderm, a endoteliální a mezenchymálních buněk vyvíjejícího se srdce a cév, jak je znázorněno na myši embryos36. Myší embrya postrádající Foxc1 i Foxc2 neměla epiteliální somit nebo morfologickou segmentaci paraxiálního mezoderm36., Paraxis bylo nezjistitelné v presomitic mesoderm a somite regionu v mutant, což naznačuje, že Foxc1 a Foxc2 jsou před paraxis během somite tvorbu processes36. Další zpráva ukázala, že paraxiální mesoderm v Foxc1/2 mutantních myší byl respecified do intermediární mesoderm, který vyjadřuje Pax2; Pax2 je hlavní transkripční faktor ve střední mesoderm58. V expresi Bmp4 nebo nogginu však nebyla zjištěna žádná významná změna, která může regulovat mezodermální fates58., Kromě toho, misexpression z Foxc1 nebo Foxc2 v podezřelé intermediární mesoderm embrya myši za následek přeměnu buňky osudy od středně paraxiální mesoderm a somite, ale ne, aby se boční desky mesoderm58. Tyto výsledky naznačují, plasticita buněk osudy mezi intermediární mesoderm a paraxiální mesoderm, s Foxc1 a Foxc2 přispívá k somite segmentace v paraxiální mezoderm. Tyto výsledky společně ukazují, že Foxc1 a Foxc2 jsou nezbytné pro paraxiální mezoderm diferenciaci a určení osudu.,

Specifikace somite

sclerotome je odvozen od ventromediální části somite a je tvořen epiteliální–mezenchymální přechod, vzhledem k tomu, že dermomyotome je odvozen od epitelových dorzolaterální část somite59. Sklerotom je mezenchymální tkáň, ve které jsou specificky vyjádřeny klíčové regulátory, včetně Pax1, Pax9, Nkx3.2 (Bapx1) a Sox9. Na druhé straně jsou Pax3 a Myf5 proti proudu faktorů Myodu, které se podílejí na vývoji svalů, o čemž svědčí studie myší embryos61., Pax3 je zpočátku vyjádřen ve formujícím se somitu, ale jeho výraz je během sklerotomu snížen, zatímco zůstává vyjádřen v dermomyotome62.

Sonic hedgehog (Shh) je vylučován z notochordu a podlahové desky neurální tube63. Studie s embryi myší a ptáků ukazují,že Shh funguje jako klíčová molekula ve sklerotomické formaci 62, 63. Mutantní myši postrádaly vertebrální kolony a vzniklo jen několik rudimentárních chrupavek žeber., Myší embrya s delecí obou Gli2 a Gli3, následný faktory, Shh, vykazovaly výrazně sníženou expresi Pax1 a Pax9; dále, exprese Sox9 byla nezjistitelné v somites65. Myši však stále vykazovaly přechodnou expresi Pax1. Tyto výsledky naznačují, že Shh je rozhodujícím induktorem pro Pax1, Pax9, a Sox9 přes Gli2 a Gli365, i když ostatní signály mohou být také zapojeny v induction64. Studie u myší a ptáků ukázala, že Kokos byl vyjádřen v uzlu, notochord, a hřbetní somite, a že inhibují BMP4 aktivity během sclerotome specification63,66., Shh také soutěžil s Wnt signalizační ze střechy plech a povrch ektoderm, a Wnt funguje v těchto místech udržet somite epitelu stavu a vyvolat dermomyotome v kočku embryos62. Souhrnně tyto výsledky ukazují, že pro stanovení sklerotomálního osudu jsou vyžadovány vysoké úrovně aktivace Shh a nízké úrovně signalizace Wnt a BMP.

Pax1 a Pax9, transkripční faktory rodiny Pax, jsou specificky vyjádřeny ve velké části sklerotomů. Homozygotní novorozené myši Pax1-null vykazovaly závažné abnormality v axiální kostře67., Na druhé straně, homozygotní mutantní myši Pax9 vykazovaly kosterní defekty končetin a lebky, ale nevykazovaly žádné zjevné vady axiální kostry68. Kromě toho, Pax1/Pax9 dvojité mutantní myši vykazovaly mnohem závažnější fenotyp než Pax1 jeden homozygotní mutanti; Pax1/Pax9 dvojité mutanty zcela chybí tkání odvozených od střední části sclerotome, například obratlů, meziobratlových plotének, a proximální části ribs69., Kondenzace ventromediální sclerotome kolem notochord bylo také zabráněno v dvojité mutanty, což vede k poškození chondrogenesis a obratlů formation69. Kromě toho záchranný experiment u myší ukázal, že Pax1 kompenzoval funkci Pax9, zatímco Pax9 nekompenzoval funkci Pax169.

Nkx3. 2 (Bapx1) je homeobox-obsahující transkripční faktor vyjádřený v sklerotomu během raného embryonálního vývoje myší. Cílené narušení Nkx3.,2 genu u myší za následek letální skeletální dysplazie s abnormální vývoj páteře a kraniofaciální bones70, a poruchy tvorby chrupavky se snížila exprese Sox9 a typ II collagen69. Kromě toho, kondenzace sclerotomal buňky do páteřního anlagen kolem notochord byl úplně ztratil během časné embryogeneze ve Nkx3.2 mutanta mice71. Analýzy embrya myši s dvojitou mutací Pax1/Pax9 ukázal, že Nkx3.2 výraz v sclerotome nutná přítomnost obou Pax1 a Pax9 v závislosti na dávce manner72. Ve stejné studii, Nkx3.,Bylo zjištěno, že 2 byl vyvolán nadměrnou expresí Pax1 i bez Shh. Kromě toho, Pax1 a Pax9 transactivated na Nkx3.2 promotor prostřednictvím přímé interakce s DNA, což naznačuje, že Nkx3.2 je přímý cíl Pax1 a Pax972. Tyto výsledky naznačují, že nkx3. 2 funguje po proudu od Pax1 a Pax9 a hraje klíčovou roli v chondrogenezi a vývoji obratlů.

Meox1 a Meox2 jsou nezbytné pro tvorbu somitu, jak je popsáno výše, a přispívají k rozvoji somitu., Meox1/2 dvojité mutantní myši postrádal Pax1 výraz v paraxiální mezoderm, a oni se projevil útlum Pax3 a Pax7 projevu, což má za následek selhání dermomyotome differentiation34. Tyto nedostatky vedly k abnormality v axiálním skeletu, jako nedostatek normální vertebrální columns34, stejně jako hlavní vady ve vývoji somite-odvozené kosterní musculature34. Kromě toho byla exprese Nkx3. 2 u myší s mutacemi v Meox1 i Meox2 mnohem závažnější než u myší s jedinou mutací Meox134., Tyto výsledky naznačují, že Meox1 a Meox2 se navzájem koordinují a kompenzují během vývoje sklerotomu a dermomyotomu.

Podskupin sclerotome

díky své poloze, sclerotome je v kontaktu s různé populace buněk, které produkují různé signalizační molekuly, což má za následek usazování různých subpopulací podél ventrální, dorzální, mediální–laterální a předozadní axes12. Tyto závěry byly vyvozeny především ze studií o ptácích.,

středová část sklerotomu tvoří mezenchymální jádro epiteliálního somitu,které hlavně přispívá k tvorbě meziobratlových plotének a kloubů páteře. Kristus tak pojmenoval tuto sklerotomální subdoménu „arthrotom“ 12. Hřbetní část sklerotomu se nachází v blízkosti myotomu. FGF ligandy, jako je Fgf8, jsou vylučovány z myotomu a indukují expresi skleraxe74. Tyto signalizační aktivity vedou k syndetomové populaci, která je předchůdcem vertebrálních šlach a vazů74., V dorsomedial a boční části sclerotome, Pax1 výraz je downregulated tím, že BMP4 z hřbetní nervová trubice, intermediární mesoderm, laterální ploténky mesoderm, což vede k vývoji, který je nezávislý na notochordal signals75,76. Dorsomediální část sklerotomu tvoří páteř a Oblouk, zatímco boční část sklerotomu tvoří distální žebra. To závisí na Bmp4 vylučovaném z dorzální nervové trubice a laterální desky mesoderm75. Navíc tyto dvě části postrádají výraz Pax175., Mediální sklerotom umístěný vedle bočního povrchu nervové trubice byl identifikován jako populace vyvolávající krevní cévy a meningy míchy. V reakci na signalizační molekuly vylučované z notochordu ventromediální sklerotom silně vyjadřuje Pax1 a mediálně migruje směrem k notochordu. Tyto buňky tvoří perinotochordální trubici, která vede ke vzniku těl obratlů a meziobratlových plotének78. Poslední, ventrální-zadní sklerotom s endoteliálním prekurzorovým potenciálem byl nedávno pojmenován endotome13, 79., Tato část sklerotomu migruje a diferencuje se na vaskulární buňky dorzální aorty a meziobratlových cév,jak je ukázáno ve studiích s kuřaty 79, 80.