Madame Lelica

Überblick über die mesodermalen Derivate (Abb. 1)

Das Mesoderm bildet sich zunächst im primitiven Streifen während der Gastrulation und entwickelt sich später in der Schwanzknospe weiter. Erstens bildet das Chordamesoderm einen Notochord, der sich unter dem Neuralrohr ausdehnt, wie er bei menschlichen Embryos beobachtet wird7., Das Mesoderm liegt entlang des Notochords und teilt sich in das paraxiale Mesoderm, das intermediäre Mesoderm und das laterale Plattenmesoderm8. Mesodermale Subtypen werden entlang der mediolateralen Achse in Abhängigkeit von den Aktivitäten von BMPs9 angegeben. Eine Studie mit Hühnerembryonen zeigte, dass Noggin, ein BMP-Inhibitor, der zuerst im Notochord und dann im somatischen Mesoderm exprimiert wird, den BMP-Gradienten erzeugt, der die mesodermalen Subtypen spezifiziert10. Eine weitere Studie mit Mausembryonen zeigte, dass der Notochord den Nucleus pulposus hervorbringt, der später Bandscheiben11 bildet.,

Die paraxiale Mesodermentwicklung besteht aus mehreren Stufen: presomitische Mesodermspezifikation, Somitogenese und Somitenspezifikation12. Reife Somites enthalten zwei Hauptpopulationen: das Sklerotom und das Dermomyotom. Das Sklerotom führt zu den Wirbeln und den damit verbundenen Rippen, Sehnen und anderen Geweben wie Gefäßzellen der dorsalen Aorta, Zwischenwirbelblutgefäßen und Meningen12, 13. Das Dermomyotom produziert zwei Komponenten: das Myotom und das Dermatom., Das Myotom führt zur Muskulatur von Rücken, Brustkorb, ventraler Körperwand und Gliedmaßen. Das Dermatom führt zur Dermis des Rückens, obwohl manchmal der Begriff Dermomyotom verwendet wird, um diese Region zu beschreiben, da eine kürzlich durchgeführte Studie zeigte, dass diese zentrale Region des Dermomyotoms auch Muskeln in Hühnerembryos hervorrief14.

Das laterale Plattenmesoderm bildet das splanchnische Mesoderm, das somatische Mesoderm und die extraembryonalen Membranen, wie eine Studie an Hühnerembryosomen belegt., Das splanchnische Mesoderm führt zu Komponenten des Kreislaufsystems wie Herz, Blutgefäßen und Blutzellen, während das somatische Mesoderm das Beckenskelett und die mesodermalen Komponenten der Gliedmaßen bildet, mit Ausnahme der Muskeln, die aus dem Dermomyotom abgeleitet sind14, 16. Das intermediäre Mesoderm bildet das Urogenitalsystem, einschließlich der Nieren und Gonaden8.,

Spezifikation des presomitischen Mesoderms

Das frühe paraxiale Mesoderm wird als presomitisches Mesoderm bezeichnet und besteht aus bilateralen Streifen mesenchymaler Zellen neben dem Notochordinal. Das presomitische Mesoderm wird von den primitiven Streifen oder neuromesodermalen Vorläufern in der Schwanzknospe abgeleitet,wie in Studien mit Maus-und Vogelembryos18, 19 gezeigt. In diesen Schritten schützt Noggin, das vom Notochord hergestellt wird, das paraxiale Mesoderm vor Lateralisierung durch BMPs,das vom intermediären Mesoderm und lateralen Plattenmesoderm9, 10 hergestellt wird., Dieser Gradient ist entscheidend für die Bestimmung des mesodermalen Zellschicksals9, 10. Wenn Noggin-exprimierende Zellen in die mutmaßliche laterale Plattenregion implantiert wurden, wurden somitische Gewebe im ursprünglichen lateralen Plattengebiet des Embryos10 gebildet. Dies zeigt, dass das paraxiale Mesoderm und das laterale Plattenmesoderm gemeinsame Vorläufer in dem primitiven Streifen haben und dass das Zellschicksal plastisch ist, abhängig von den Gradienten der BMP-Aktivität.

Die Wnt-Signalisierung ist ein weiterer entscheidender Weg in diesen Prozessen., Wnt3a wird weit verbreitet in der primitiven Streifen-und Schwanzknospe ausgedrückt, wie in einer Studie von Mice18 gezeigt. Der Funktionsverlust von Wnt3a oder Ctnnb1, einem Gen, das β-Catenin kodiert, führte zu einem Verlust von paraxialen Mesoderm-Vorläufern und ihren Derivaten, dem presomitischen Mesoderm und Somiten im Mausembryosystem. Es ist bekannt, dass wichtige Transkriptionsregulatoren in presomitischen Mesodermen, einschließlich Brachyury (T), Tbx6 und Mesogenin1 (Msgn1), nachgeschaltete Faktoren der Wnt-Signalung20 sind.,

T, der T-Box-Transkriptionsfaktor21, wird in dem primitiven Streifen, der Schwanzknospe, dem frühen Mesoderm und dem primitiven Ektoderm neben dem primitiven Streifen, der Notochordalplatte und dem Notochord ausgedrückt, wie Studien an Mausembryos22 zeigen. Klassische genetische Analysen mit spontanen mutierten Mäusen ergaben, dass T für die Mesodermbildung essentiell ist22, 23. Der Funktionsverlust von T verursachte eine Störung der primitiven Streifenbildung und eine unzureichende Mesodermbildung in Mausembryos23.,

Tbx6, der T-Box-Transkriptionsfaktor, wird zunächst im primitiven Streifen und später in der Schwanzknospe und presomitischen Mesodermie ausgedrückt. Studien mit Mausembryonen zeigen, dass die Tbx6-Expression im paraxialen Mesoderm auf das presomitische Mesoderm beschränkt ist und schnell als Somitenform herunterreguliert24. Somit überlappt der Ausdruck von Tbx6 den von T in dem primitiven Streifen und der Schwanzknospe, obwohl T an einem früheren Punkt in dem primitiven Streifen ausgedrückt wird24. Der Funktionsverlust von Tbx6 bei Mäusen führte zur Umwandlung des mutmaßlichen presomitischen Mesoderms in neuronale Gewebe25., Bei Tbx6-Knockout-Mäusen wurde Sox2, ein Mitglied der Sry-bezogenen Hochmobilitätsgruppe, das Gene enthielt, ektopisch in einer mutmaßlichen präomitischen Mesodermregion exprimiert; Sox2 wurde in dieser Region in Wildtyp-Mice25 nicht exprimiert. Angesichts der Tatsache, dass Sox2 bekanntermaßen ein kritischer Faktor für die neuroektodermale Entwicklung ist, deutet dies darauf hin, dass Tbx6 die präsomitische Mesodermie fördert, indem es die Sox2-Expression und neurale Schicksale unterdrückt25.

Msgn1, der grundlegende Helix-Loop-Helix (bHLH) – Transkriptionsfaktor, wird im paraxialen Mesoderm von der Gastrulation bis zur Somitbildung exprimiert26., Die Überexpression von Msgn1 bei Mäusen expandierte Tbx6-exprimierende Regionen durch den Stamm, was zu einer Ausdehnung der presomitischen Mesodermregion in den anterior27 führte. Der Funktionsverlust von Msgn1 reduzierte die Tbx6-Expression im presomitischen Mesoderm27 und verursachte ein vollständiges Versagen der Somitenbildung und Segmentierung des Körperstammes und-schwanzes in Mice26. Diese Ergebnisse zeigen, dass Msgn1 eine weitere Determinante der presomitischen Mesodermitis Spezifikation ist.,

Spezifikation von neuromesodermalen Vorläufern

Im hinteren Bereich des Embryos wird das paraxiale Mesoderm von einer Zellpopulation namens neuromesodermale Vorläufer abgeleitet, die das Bipotential haben, sich sowohl in mesodermale als auch in ektodermale Zelltypen zu differenzieren, wie in einer Mausstudie gezeigt. Das Zellverhalten wird durch mehrere Morphogene bestimmt, die entlang der anterior–posterioren Achse exprimiert werden., Histologische Studien mit Mausembryonen zeigten, dass Fgf8 und Wnt3a in der Wirbeltierschwanzknospe stark exprimiert werden, während der Retinsäure-Gradient (RA) aus dem Somit und der Neuralplate29 hergestellt wird. Es wurde festgestellt, dass Fgf8 und Wnt3a sowohl Msgn1 als auch Tbx6 hochregulieren,was zur Förderung der presomitischen Mesodermitis durch Unterdrückung der Sox2-Expression und der neuronalen Zellfate-Spezifikation in Mausembryos25, 30.,

Funktionsverlust Die Analyse mit Aldehyddehyddehydrogenase 1-Familienmitglied A2 (Raldh2), das als Katalysator der RA− Synthese fungiert, ergab, dass die Raldh2−/ – Mausembryonen eine erhöhte Fgf8-Expression im vorderen Teil des Embryo zeigten29. Die mangelhaften Mäuse zeigten auch eine gestörte Bildung von Somiten mit einer Abnahme der Sox2-positiven und Sox1-positiven neuroektodermalen Nachkommen und einer Zunahme der Tbx6-positiven präomitischen mesodermalen Vorläufer29. Der Phänotyp einer gestörten Somitenbildung in Raldh2 – / – Mäusen wurde durch Behandlung mit einem FGF-Rezeptorantagonisten29 gerettet., Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass RA die Expression von Fgf8 und Tbx6 direkt unterdrückt, was zu einer Zellfate-Spezifikation für neuronale Zelltypen mit Upregulation von Sox2 führt. Sie legen ferner nahe,dass das Gleichgewicht der Signalaktivitäten zwischen diesen entgegengesetzten Morphogenen eine Schlüsseldeterminante für neuronale und mesodermale Zellfette ist29, 30.

Somitogenese

Der Somit wird vom vorderen presomitischen Mesoderm durch eine Reihe dynamischer morphogenetischer Ereignisse abgeleitet, die eine zyklische Signalisierung beinhalten., Die Periodizität der Somitomerbildung wird durch die Segmentierungsuhr erzeugt, die im presomitischen Mesoderm arbeitet. Eine Studie mit Mausembryonen hat gezeigt, dass diese segmentale Vorformel an der „Bestimmungsfront“ definiert ist, die zukünftige somitische Grenzen schafft31. Dieser Prozess verläuft nach einem „Uhr-und Wellenfrontmodell“: Eine Uhr bestimmt die Zeit und eine Wellenfront bestimmt den Ort für die Segmentierung32. Der mesenchymal-epitheliale Übergang (MET) ist ein weiterer wesentlicher Prozess für die Somitogenese, da er an der epithelialen Somitenbildung33 beteiligt ist., Studien mit Mausembryonen zeigen, dass Msgn1 während dieser Prozesse downreguliert wird, aber mehrere andere Marker, einschließlich Mesp2, Paraxis, Pax3, Foxc1/2 und Meox1/2, sind upreguliert9,34,35,36.

Segmentierungstakt

Die wichtigsten Signalwege im Segmentierungstakt sind die Kerbe–, Wnt/b-Catenin-und FGF-Bahnen, die sich integrieren, um ein molekulares Netzwerk zu bilden und eine Wanderwelle der Genexpression entlang der Embryonalachse zu erzeugen., Die globale Genexpressionsanalyse an Mäusen ergab, dass Kerb-und FGF-bezogene zyklische Gene hauptsächlich in der entgegengesetzten Phase der Wnt-zyklischen Gene oszillierten, was auf ein Übersprechen zwischen diesen Signalwegen hindeutet37,38. Bei Mäusen wird die Uhr in jeder Region des präsomitischen Mesoderms als negativer Rückkopplungsmechanismus verstanden,der sich auf die Aktivitäten des Transkriptionsfaktors Hes739, 40 konzentriert. Hes7 wird zunächst durch FGF-Signalisierung aktiviert und dann durch Notch activity40 gesteuert. Hes7 unterdrückt seine eigene Transkription, um ein oszillierendes Ausdrucksmuster zu erzeugen39., Notch Signaling aktiviert mesodermal posterior 2 (Mesp2), einen bHLH-Transkriptionsfaktor, der den Notch-Pfad über Lunatic Fringe (L-fng)41 unterdrückt. Somit oszilliert die Notch-Aktivität im presomitischen Mesoderm als „Notch Clock Oscillator“ 42. Die FGF-Signalisierung oszilliert auch über die Phosphorylierung der extrazellulären signalregulierten Kinase, einem FGF-signalnachgeschalteten Molekül, das auch in mice43 nachgewiesen wurde.

Bestimmung von Front und Segmentierung

Mesp2 ist ein Hauptregulator für den Beginn der Segmentierung35., Mesp2 wird im Anfangsstadium der Segmentierung im präsomitischen Mesoderm exprimiert, und seine Expression wird durch die Oszillatoren der Kerb-und FGF-Bahnen auf das Rostralkompartiment beschränkt, wie eine Studie der Mausembryosklerose belegt. Die Mesp2-Expression wird durch den Kerbweg im vorderen Teil des mutmaßlichen Somite44 aktiviert, während sie durch FGF-Signalisierung im hinteren Teil unterdrückt wird, was zur Bildung von vorderen und hinteren Grenzen35,45. Dieses Modell wird durch mehrere Beweislinien unterstützt., Erstens wurde die Mesp2-Expression in mutierten Mausembryonen wie Dll1-null und RBP-jk-null embryos40 stark unterdrückt. Zweitens wurde die Mesp2-exprimierende Domäne in Abwesenheit einer FGF-Signalisierung in Mausembryozyten in das posteriore präomitische Mesoderm verschoben.

Wie bereits beschrieben, spielt Mesp2 eine entscheidende Rolle bei der Bildung der Grenze von Somitensegmenten und bei der Festlegung der rostrokaudalen Musterung jedes Somiten35,42. Es wurde gezeigt, dass Mesp2-null-Mausembryonen einen nicht segmentierten Somit mit vollständig caudalisierten Somitderivaten haben35., Kerbeaktivität ist für die Caudalisierung des Somits erforderlich, da seine Abwesenheit im kaudalen Kompartiment zu einem rostralierten Phänotyp in Mice46 führte. In Bezug auf den Mechanismus der Mesp2-vermittelten Somitenmuster zeigte eine Studie an Mausembryonen, dass Mesp2 die Kerbeaktivität im Rostralkompartiment unterdrückt, indem Mastermind-like 1, eine der Kernkomponenten des nuclear Notch interzellular Domain Complex47, destabilisiert wird. Dies führt zur rostrokaudalen Bildung über differentielle Kerbeaktivität47.,

Eine Studie mit Mausembryonen zeigte, dass Mesp2 sein Ziel Ripply2 aktiviert, das die Mesp2-Expression über die Hemmung von Tbx6 in einer negativen Rückkopplungsschleife unterdrückt, was zur Bildung der nächsten Segmentgrenze führt48. Eine andere Forschung an Mäusen hat gezeigt, dass Mesp2 auch Eph im vorderen Teil der Somitomere hochreguliert, worauf die Upregulation von Ephrin in der gegenüberliegenden hinteren Hälfte des vorderen Somitomeres folgt49., Dann erfolgt die Trennung des Somits vom vorderen Ende des presomitischen Mesoderms an der Grenze zwischen Ephrin – und Eph-exprimierenden Zellen49. Dieses Muster wird sequentiell im Prozess der Somitogenese wiederholt42.

Mesenchym-epithelialer Übergang

MET ist notwendig, um die Epithelschicht des Somits während der Somitogenese zu bilden, da das presomitische Mesoderm nur aus Mesenchymzellen besteht., Eine Studie mit Mausembryonen zeigte, dass sich ohne MET weder der epitheliale Somit noch das Dermomyotom richtig bilden können; Das Fehlen von MET führt zu Anomalien des axialen Skeletts, wie zahlreichen Musterdefekten der Muskulatur im axialen Skelett, in den Gliedmaßen und in der Körperwand33. Während MET in den zukünftigen somatischen Grenzen nimmt die äußere Epithelschicht eine apikal–basale Polarität an und exprimiert N-Cadherin, β-Catenin und F-Actin in apikalen Adheren-Junktionen50., Dieser Prozess wird räumlich und zeitlich entlang der anterior–posterioren Achse eng reguliert, wie eine Studie an birds50 belegt.

Paraxis, ein bHLH-Transkriptionsfaktor, wird im presomitischen Mesoderm und Somites exprimiert. Paraxis ist unentbehrlich für die Epithelisierung im Entwicklungsprozess von somite33. Paraxis-Null-Mäuse hatten keine epithelialen Somites, obwohl die Somites in lose mesenchymale Einheiten von ungefähr der richtigen Größe und Periodizität als Somites im paraxialen Mesoderma segmentiert waren., Die Mutanten zeigten auch Skelettanomalien wie kaudales Agenesis33. Diese Tatsachen legen nahe, dass Paraxis für die Bildung des epithelialen Somits erforderlich ist, nicht jedoch für die Segmentierung des paraxialen Mesoderms.

Somitic TRAFEN sich in der Maus und Küken achsparallelen mesoderm ist abhängig von Wnt-Signalisierung aus der darüberliegenden Oberfläche ectoderm51,52. Obwohl die Segmentierung des paraxialen Mesoderms auch bei Entfernung des Oberflächen-Ektoderms aufrechterhalten wurde, traten bei Mice52 keine somitischen Veränderungen auf. Der Verlust der Wnt-Signalisierung führte zu einem Verlust der Paraxis-Expression und somitischem MET in mice52., Darüber hinaus induzierte die Wnt6-Expression im Oberflächen-Ektoderm somitische MET, und die ektopische Wnt6-Expression ersetzte einen Mangel an Oberflächen-Ektoderm-und β-Catenin-abhängigen Prozessen in Hühnerembryos53. Darüber hinaus rettete die erzwungene Expression von Paraxis die Somitenepithelisierung in Abwesenheit von Wnt-Signalisierung in Hühnerembryos54. Auf der anderen Seite zeigten Paraxis−/− Mausembryonen eine verminderte Expression nachgeschalteter Gene in den Wnt-und Kerbsignalwegen sowie eine verminderte Expression von Meox1/2 und Pax1, die für eine ordnungsgemäße Somitenbildung und-spezifikation erforderlich sind., Diese Tatsachen legen nahe, dass Paraxis an der Wnt-signalvermittelten Epithelisierung bei PSM55 beteiligt ist.

Ein früherer Bericht zeigte, dass Meox1 und Meox2 in den epithelialen Somiten, Sklerotomen und Gliedmaßenknospen koexprimiert sind, während das Dermomyotom nur Meox1 exprimiert. Meox1-Null-mutierte Mäuse hatten Defekte in der axialen Skelettentwicklung, aber nicht in der Muskelentwicklung57, während Meox2-Null-mutierte Mäuse einen Mangel an Gliedmaßenmuskeln sowie eine allgemein reduzierte Muskelmasse, aber keine Abnormalität im axialen Skelett zeigten56., Diese Ergebnisse legen nahe, dass Meox1 Meox2 im Sklerotom ersetzt, aber nicht das Myotom und dass Meox2 den Mangel an Meox1 im Myotom kompensiert, aber nicht das Sklerotom.

Foxc1 und Foxc2, Mitglieder der geflügelten Helix-Transkriptionsfaktoren, werden in vielen Geweben exprimiert, die Somites, Kopfmesoderm sowie Endothel-und Mesenchymzellen des sich entwickelnden Herzens und der Blutgefäße bilden, wie in Mausembryozyten gezeigt. Mausembryonen, denen sowohl Foxc1 als auch Foxc2 fehlten, hatten keine epitheliale Somite oder morphologische Segmentierung des paraxialen Mesodermas36., Paraxis war im presomitischen Mesoderm und in der Somitenregion in der Mutante nicht nachweisbar, was darauf hindeutet, dass Foxc1 und Foxc2 während der Somitenbildungsprozesse stromaufwärts von Paraxis sind36. Ein weiterer Bericht zeigte, dass das paraxiale Mesoderm in Foxc1/2-mutierten Mäusen in das intermediäre Mesoderm resezifiziert wurde, das Pax2 exprimiert; Pax2 ist ein wichtiger Transkriptionsfaktor im intermediären Mesoderm58. Es wurde jedoch keine signifikante Veränderung in der Expression von Bmp4 oder Noggin festgestellt, die mesodermale Fette regulieren können58., Darüber hinaus führte eine falsche Expression von Foxc1 oder Foxc2 im mutmaßlichen intermediären Mesoderm von Mausembryonen zur Umwandlung der Zellfate vom intermediären in das paraxiale Mesoderm und Somite, jedoch nicht in das laterale Plattenmesoderm58. Diese Ergebnisse deuten auf eine Plastizität der Zellfate zwischen dem intermediären Mesoderm und dem paraxialen Mesoderm hin, wobei Foxc1 und Foxc2 zur Somitsegmentierung im paraxialen Mesoderm beitragen. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass Foxc1 und Foxc2 für die paraxiale Mesodermdifferenzierung und Schicksalsbestimmung essentiell sind.,

Spezifikation des Somits

Das Sklerotom leitet sich von einem ventromedialen Teil des Somits ab und wird durch einen epithelial–mesenchymalen Übergang gebildet, während das Dermomyotom vom epithelialen dorsolateralen Teil des Somite59 abgeleitet ist. Das Sklerotom ist ein mesenchymales Gewebe, in dem Schlüsselregulatoren, einschließlich Pax1, Pax9, Nkx3.2 (Bapx1) und Sox9, spezifisch exprimiert werden60. Auf der anderen Seite sind Pax3 und Myf5 Upstream-Faktoren von MyoD, die an der Muskelentwicklung beteiligt sind, wie Studien an Mausembryosomen belegen., Pax3 wird zunächst im sich bildenden Somit exprimiert, aber seine Expression wird während der Spezifikation im Sklerotom herunterreguliert, während es im Dermomyotome62 exprimiert bleibt.

Sonic Hedgehog (Shh)wird von der Notochord – und Bodenplatte des Neuralrohrs sezerniert. Studien mit Maus – und Vogelembryonen zeigen, dass Shh als entscheidendes Molekül bei der Bildung von Sklerotomen62, 63. Shh-mutierte Mäuse fehlten Wirbelsäulen, und nur wenige rudimentäre Rippenknorpel wurden gebildet64., Mausembryonen mit Deletion von Gli2 und Gli3, den nachgeschalteten Faktoren von Shh, zeigten eine stark reduzierte Expression von Pax1 und Pax9; Ferner war die Sox9-Expression in einigen Fällen nicht nachweisbar65. Shh-Null-Mäuse zeigten jedoch immer noch eine vorübergehende Pax1-Expression. Diese Ergebnisse implizieren, dass Shh ein entscheidender Induktor für Pax1, Pax9 und Sox9 durch Gli2 und Gli365 ist, obwohl auch andere Signale an der Induktion beteiligt sein können64. Studien an Mäusen und Vögeln zeigten, dass Noggin im Knoten, im Notochord und im dorsalen Somit exprimiert wurde und dass es die BMP4-Aktivität während der Sklerotomspezifation inhibierte63,66., Shh konkurrierte auch mit der Wnt-Signalisierung von der Dachplatte und dem Oberflächen-Ektoderm, und Wnt funktionierte an diesen Stellen, um den somitepithelialen Zustand aufrechtzuerhalten und das Dermomyotom in Hühnerembryosomen zu induzieren. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass ein hohes Maß an Shh-Aktivierung und ein niedriges Maß an Wnt-und BMP-Signalisierung erforderlich sind, um das sklerotomale Schicksal zu bestimmen.

Pax1 und Pax9, Transkriptionsfaktoren der Pax-Familie, werden spezifisch im großen Teil der Sklerotomen exprimiert. Homozygote Pax1-null neugeborene Mäuse zeigten schwere Anomalien im axialen Skelett67., Auf der anderen Seite zeigten homozygote Pax9-mutierte Mäuse Skelettdefekte in den Gliedmaßen und im Schädel, zeigten jedoch keine offensichtlichen Defekte im axialen Skelett68. Darüber hinaus zeigten Pax1 / Pax9-Doppelmutantenmäuse viel schwerere Phänotypen als Pax1-Einzel-homozygote Mutanten; Pax1 / Pax9-Doppelmutanten fehlt vollständig Gewebe, das aus dem medialen Teil des Sklerotoms stammt, wie die Wirbelkörper, die Bandscheiben und die proximalen Teile der Rippen69., Die Kondensation des ventromedialen Sklerotoms um den Notochord herum wurde auch bei den Doppelmutanten verhindert, was zu einer Beeinträchtigung der Chondrogenese und der Wirbelbildung69 führte. Darüber hinaus zeigte ein Rettungsexperiment an Mäusen, dass Pax1 die Pax9-Funktion kompensierte, während Pax9 die Pax1-Funktion69 nicht kompensierte.

Nkx3.2 (Bapx1) ist ein Homöobox-haltiger Transkriptionsfaktor, der im Sklerotom während der frühen embryonalen Mausentwicklung70 exprimiert wird. Eine gezielte Störung des Nkx3.,2-Gen bei Mäusen führte zu einer tödlichen Skelettdysplasie mit abnormaler Entwicklung der Wirbelsäule und der kraniofazialen Knochen70 und einem Versagen der Knorpelentwicklung mit verminderter Expression von Sox9-und Typ-II-Kollagen69. Darüber hinaus ging die Kondensation von Sklerotomenzellen in den Wirbelanlagen um den Notochord während der frühen Embryogenese in Nkx3.2-mutiertem Mice71 vollständig verloren. Analysen von Mausembryonen mit einer Doppelmutation von Pax1/Pax9 ergaben, dass die Nkx3.2-Expression im Sklerotom das Vorhandensein von Pax1 und Pax9 in einer dosisabhängigen Manier erforderte72. In der gleichen Studie, Nkx3.,Es wurde festgestellt, dass 2 auch ohne Shh durch die Überexpression von Pax1 induziert wurde. Darüber hinaus haben Pax1 und Pax9 den Nkx3.2-Promotor durch direkte Interaktion mit DNA transaktiviert, was darauf hinweist, dass Nkx3.2 ein direktes Ziel von Pax1 und Pax972 ist. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Nkx3.2 stromabwärts von Pax1 und Pax9 funktioniert und eine entscheidende Rolle bei der Chondrogenese und Wirbelentwicklung71 spielt.

Meox1 und Meox2 sind essentiell für die Somitbildung, wie oben beschrieben, und tragen zur Somitentwicklung bei., Meox1/2-Doppelmutantenmäuse hatten keine Pax1-Expression im paraxialen Mesoderm und zeigten eine Abschwächung der Pax3-und Pax7-Expression, was zu einem Versagen der Dermomyotomdifferenzierung führte34. Diese Mängel führten zu Anomalien im axialen Skelett, wie zum Beispiel einem Mangel an normalen Wirbelsäulen34, sowie zu größeren Defekten in der Entwicklung der Somite-abgeleiteten Skelettmuskulatur34. Darüber hinaus war die Expression von Nkx3.2 bei Mäusen mit Mutationen sowohl in Meox1 als auch in Meox2 viel schwerwiegender als bei Mäusen mit einer einzigen Meox1-Mutation34., Diese Ergebnisse legen nahe, dass Meox1 und Meox2 während der Sklerotom-und Dermomyotomentwicklung miteinander koordinieren und kompensieren.

Teilmengen des Sklerotoms

Aufgrund seiner Lage steht das Sklerotom in Kontakt mit verschiedenen Zellpopulationen, die unterschiedliche Signalmoleküle produzieren, was zur Etablierung verschiedener Subpopulationen entlang der ventral–dorsalen, medial–lateralen und anterior–posterioren Axe12. Diese Schlussfolgerungen wurden hauptsächlich aus Studien an Vögeln gezogen.,

Der mittlere Teil des Sklerotoms bildet den Mesenchymkern des epithelialen Somits, der hauptsächlich zur Bildung von Bandscheiben und Gelenken der Wirbelsäule beiträgt73. So nannte Christus diese sklerotomale Subdomäne das „Arthrotom“ 12. Der dorsale Teil des Sklerotoms befindet sich in der Nähe des Myotoms. FGF-Liganden wie Fgf8 werden aus dem Myotom abgesondert und induzieren eine Skleraxis-expression74. Diese Signalisierungsaktivitäten führen zur Syndetompopulation, die eine Vorstufe der Wirbelsehnen und Bänder ist74., In den dorsomedialen und lateralen Teilen des Sklerotoms wird die Pax1-Expression durch BMP4 aus dem dorsalen Neuralrohr, dem intermediären Mesoderm und dem lateralen Plattenmesoderm herunterreguliert, was zu einer Entwicklung führt, die unabhängig von notochordalen Signalen ist75, 76. Der dorsomediale Teil des Sklerotoms bildet die Wirbelsäule und den Bogen, während der laterale Teil des Sklerotoms die distalen Rippen75 bildet. Dies hängt von Bmp4 ab, das aus dem dorsalen Neuralrohr und dem lateralen Plattenmesoderm75 abgesondert wird. Darüber hinaus sind diese beiden Teile frei von Pax1 expression75., Das mediale Sklerotom, das sich neben der lateralen Oberfläche des Neuralrohrs befindet, wurde als Population identifiziert, aus der die Blutgefäße und Hirnhäute des Rückenmarksgewebes hervorgehen. Als Reaktion auf Signalmoleküle, die vom Notochord abgesondert werden, exprimiert das ventromediale Sklerotom stark Pax1 und wandert medial zum Notochord. Diese Zellen bilden die Perinotochordalröhre, aus der die Wirbelkörper und Bandscheiben78 hervorgehen. Zuletzt wurde das ventral–posteriore Sklerotom mit endothelialem Vorläuferpotential kürzlich als Endotome13,79 bezeichnet., Dieser Teil des Sklerotoms wandert und differenziert in vaskuläre Zellen der dorsalen Aorta und Zwischenwirbelblutgefäße, wie in Studien mit chicks79,80 gezeigt.