Madame Lelica

中胚葉誘導体の概 1)

中胚葉は、最初は原腸形成の間に原始的な筋に形成され、後に尾芽で発達し続ける。 まず、脊索胚葉は、ヒトembryos7で観察されるように、神経管の下に広がる脊索を形成する。, 中胚葉は脊索に沿って位置し、近軸中胚葉、中間中胚葉、および側板中胚葉に分かれる8。 中胚葉サブタイプは、BMPs9の活動に応じて中外側軸に沿って指定される。 ニワトリ胚を用いた研究では、ノギン、脊索で最初に発現し、体細胞中胚葉で発現BMP阻害剤は、中胚葉サブタイプを指定するBMP勾配を作成することを示した10。 マウス胚を用いた別の研究では、脊索が後に椎間板を形成する髄核を生じさせることが示された11。,

近軸中胚葉の発達は、いくつかの段階で構成されています：前中胚葉の仕様、体形成、および体節の仕様12。 成熟した体節は二つの主要な集団を含む：強皮質及び皮膚筋質。 硬化体は、脊椎および関連する肋骨、腱、および背側大動脈の血管細胞、vert血管、および髄膜などの他の組織を生じさせる12、13。 筋トームとデルマトーム：皮膚筋トームは二つのコンポーネントを生成します。, 筋トームは、背中、胸郭、腹側の体壁、および四肢の筋肉を生じさせる。 Dermomyotomeのこの中央領域がまたニワトリのembryos14の筋肉をもたらしたことを最近の調査が示したのでタームdermomyotomeが時々この地域を記述するのに使用されているがdermomyotomeは背部の皮膚をもたらします。

側板中胚葉は、ニワトリembryos15の研究によって証明されるように、内胚葉、体細胞中胚葉、および胚外膜を形成する。, 内臓中胚葉は、心臓、血管、血液細胞などの循環系の構成要素を生じさせるが、体細胞中胚葉は、皮膚筋腫に由来する筋肉を除いて、四肢の骨盤骨格および中胚葉成分を形成する14、16。 中間の中胚葉は、腎臓および生殖腺を含むu生殖器系を形成する8。,

プレソミット中胚葉の仕様

初期の近軸中胚葉は、プレソミット中胚葉と呼ばれ、脊索に隣接する間葉系細胞の両側の縞で構成されています17。 前胚葉は、マウスおよび鳥embryos18、19を用いた研究に示されているように、尾芽の原始的な筋または神経胚葉前駆細胞に由来する。 これらのステップでは、脊索によって生成されたノギンは、中間中胚葉および側板中胚葉によって生成されたBMPsによる側方化から近軸中胚葉を保護する9、10。, この勾配は、中胚葉細胞の運命決定にとって重要である9、10。 Noggin発現細胞を推定側面プレート領域に移植したとき、somitic組織は、ニワトリembryos10の元の側面板領域に形成された。 これは，近軸中はい葉と側板中はい葉が原始ストリークに共通の前駆体を共有し，細胞の運命はＢＭＰ活性の勾配に依存してプラスチックであることを示している。

Wntシグナル伝達は、これらのプロセスにおける別の重要な経路である。, Wnt3aは、mice18の研究で明らかにされたように、原始的な縞と尾芽で広く発現されている。 Β-カテニンをコードする遺伝子であるWnt3aまたはCtnnb1の機能の喪失は、マウスembryos18における近軸中胚葉前駆細胞およびその誘導体、前中胚葉および体 Brachyury（T）、Tbx6、およびMesogenin1（Msgn1）を含むプレソミット中胚葉仕様における主要な転写レギュレータは、Wntシグナリング20の下流因子であることが知られている。,

T、tボックス転写factor21は、マウスembryos22の研究によって示されるように、原始的な筋、尾芽、初期の中胚葉および原始的な外胚葉、脊索プレート、および脊索 自然変異マウスを用いた古典的な遺伝子解析により、Tは中胚葉形成に不可欠であることが明らかになった22,23。 Tの機能の喪失は、マウスembryos23における原始的な筋形成および不十分な中胚葉形成の障害を引き起こした。,

Tbx6、Tボックス転写因子は、原始的な筋で最初に発現され、後に尾芽と前虫中皮24で発現される。 マウス胚を用いた研究は、近軸中胚葉におけるTbx6発現が前中胚葉に制限され、急速に体節forms24としてダウンレギュレートされていることを示してい したがって、Tbx6の発現は、原始ストリークと尾芽のTの発現と重なるが、tは原始ストリーク24のより早い時点で発現する。 マウスにおけるTbx6の機能の喪失は、神経組織に推定presomitic中胚葉の変換をもたらした25。, Tbx6ノックアウトマウスでは、Sox2、遺伝子を含むSry関連高移動度グループボックスのメンバーは、異所的に推定前生中胚葉領域で発現した;Sox2は野生型mice25でその領域で発現していなかった。 Sox2は神経外胚葉の発達に重要な因子であることが知られていることを考えると、Tbx6はSox2の発現と神経fates25を抑制することによって前中胚葉の仕様を促進することを示している。

Msgn1、基本的なヘリックス-ループ-ヘリックス（bHLH）転写因子は、原腸形成から体節形成まで近軸中胚葉で発現される26。, マウスにおけるMsgn1の過剰発現は、トランクを介してTbx6発現領域を拡大し、その結果、前層中胚葉領域の拡大をanterior27に拡大した。 Msgn1の機能の損失は、tbx6の発現を減少させたプレソマイト中皮27、およびmice26で体幹と尾の体状形成とセグメンテーションの完全な失敗を引き起こした。 これらの結果は、Msgn1が前胚葉運命仕様の別の決定要因であることを示している。,

神経胚葉前駆細胞の仕様

胚の後部領域では、近軸中胚葉は、マウス研究で示されているように、中胚葉と外胚葉の両方の細胞型に分化するためのバイポテンシャルを有する神経胚葉前駆細胞と呼ばれる細胞集団に由来する28。 細胞の運命は、前後軸に沿って発現されるいくつかのモルフォゲンによって決定される。, マウス胚を用いた組織学的研究は、Fgf8およびWnt3aが脊椎動物の尾芽で高度に発現していることを示したが、レチノイン酸（RA）勾配は体節および神経 Fgf8とWnt3aは、Msgn1とTbx6の両方をアップレギュレートすることがわかったSox2発現とマウスembryos25、30における神経細胞運命仕様を抑制することによって、プレソミティック中胚葉仕様の促進をもたらします。,

RA合成の触媒として機能するアルデヒドデヒドロゲナーゼ1ファミリーメンバーa2（Raldh2）との機能解析の損失は、Raldh2−/−マウス胚が胚の前部にFgf8発現増加を示したことを明らかにした29。 欠損マウスはまた、Sox2陽性およびSox1陽性の神経外胚葉後代の減少、およびTbx6陽性の前胚葉中胚葉後代の増加と体節の形成障害を示した29。 Raldh2−/−マウスにおける体節形成の障害の表現型は、FGF受容体antagon抗薬29で、治療によって救出されました。, これらの知見は、RAが直接Fgf8とTbx6の発現を抑制することを示しており、Sox2のアップレギュレーションを伴う神経細胞タイプへの細胞運命仕様 彼らはさらに、これらの対立するモルフォゲン間のシグナル伝達活性のバランスが神経細胞運命と中胚葉細胞運命の重要な決定要因であることを示唆している29,30。

Somitogenesis

somiteは、周期的なシグナル伝達を伴う一連の動的形態形成イベントを通じて、前房前中胚葉に由来する。, ソミトメア形成の周期性は、プレソミト中はい葉で動作するセグメンテーションクロックによって生成される。 マウス胚を用いた研究では、この分節前パターンは、将来のsomitic境界を作成する”決定フロント”で定義されていることを示した31。 このプロセスは、”クロックおよび波面モデル”に従って進行する：クロックは時間を決定し、波面はセグメンテーション32のための場所を決定する。 それは上皮体形成に関与しているとして、間葉系–上皮遷移（MET）は、体形成のための別の不可欠なプロセスです33。, マウス胚を用いた研究は、これらのプロセス中に、Msgn1がダウンレギュレートされているが、Mesp2、Paraxis、Pax3、Foxc1/2、およびMeox1/2を含むいくつかの他のマーカーは、upregulated9、34、35、36

セグメンテーションクロック

セグメンテーションクロックの主要なシグナル伝達経路は、ノッチ、Wnt/b–カテニン、およびFGF経路であり、分子ネットワークを形成し、胚軸に沿って遺伝子発現の進行波を生成するために統合される。, マウスにおけるグローバルgene現解析は、ノッチとFGF関連環状遺伝子は、これらのシグナル伝達経路間のクロストークを示唆し、Wnt環状遺伝子の逆相で主に振動することを明らかにした37、38。 マウスでは、前中胚葉の各領域の時計は、転写因子Hes739,40の活動を中心とした負のフィードバックメカニズムであることがよく理解されている。 Hes7は最初にFGFシグナリングによって活性化され、次にNotch activity40によって制御される。 Hes7は、表現の振動パターンを生成するために、独自の転写を抑制する39。, Notchシグナル伝達は、中胚葉後2（Mesp2）、狂人フリンジ（L-fng）を介してNotch経路を抑制するbHLH転写因子を活性化する41。 このように、ノッチ活性は”ノッチクロック発振器”42として前中胚葉において振動する。 FGFシグナル伝達はまた、mice43でも実証されたFGFシグナル伝達下流分子である細胞外シグナル調節キナーゼのリン酸化を介して振動する。

決定フロントとセグメンテーション

Mesp2は、セグメンテーション35の発症のマスターレギュレータである。, Mesp2は、マウスembryos43の研究によって証明されるように、前虫中皮35におけるセグメンテーションの初期段階で発現し、その発現は、ノッチおよびFGF経路の発 Mesp2発現は推定somite44の前部のNotch経路によって活性化されるが、後部のFGFシグナル伝達によって抑制され、前部および後部の境界35,45が形成される。 このモデルはいくつかの証拠によって支持されている。, まず、Mesp2発現が強く、Dll1-nullとRBP-jk-null embryos40などのノッチ変異マウス胚で抑制されました。 第二に、Mesp2発現ドメインは、マウスembryos43におけるFGFシグナル伝達の非存在下で後房前中胚葉にシフトした。

先に説明したように、Mesp2は、体節セグメントの境界の形成および各somite35、42のrostrocaudalパターニングの確立において重要な役割を果たす。 Mesp2ヌルマウス胚は、完全に尾状体誘導体と非セグメント体節を持っていることが示された35。, 尾側コンパートメント内のその不在はmice46で吻側表現型をもたらしたので、ノッチ活性は、体節の尾状化のために必要とされます。 Mesp2を介した体節パターニングのメカニズムに関しては、マウス胚における研究は、Mesp2が首謀者のような1、核ノッチ細胞間ドメイン複合体のコアコンポーネントの一つを不安定化することにより、吻側コンパートメントにおけるノッチ活性を抑制することを示した47。 これは、差動ノッチ活性を介してロストロカウダル形成につながる47。,

マウス胚を用いた研究では、Mesp2がその標的Ripply2を活性化し、負帰還ループでTbx6の阻害を介してMesp2発現を抑制し、次の分節border48の形成につながること マウスの別の研究はMesp2がまた前方のsomitomere49の反対の後部の半分のephrinのupregulationに先行しているsomitomeresの前方の部分のEphをupregulatesことを示しました。, その後、エフリン発現細胞とEph発現細胞の境界で、体節前中胚葉の前端からの体節の分離が起こる49。 このパターンは、somitogenesis42の過程で順次繰り返される。

間葉-上皮遷移

METは、前葉中胚葉が間葉細胞のみで構成されているため、体節形成中に体節の上皮層を形成するために必要である。, マウス胚を用いた研究では、METがなければ、上皮体節も皮膚筋節も適切に形成できないことが示され、METがなければ、軸骨格、四肢、体壁の筋肉の多数のパターニング欠陥などの軸骨格の異常につながる33。 将来の体細胞境界におけるMETの間に、外側の上皮層は頂端基底極性を仮定し、頂端接着接合部においてN–カドヘリン、β-カテニン、およびF-アクチンを発現する50。, このプロセスは、birds50の研究によって証明されているように、前後軸に沿って空間的および時間的に密接に規制されています。

bHLH転写因子であるParaxisは、前中胚葉および体節に発現する。 Paraxisはsomite33の発生過程における上皮化に不可欠である。 傍軸性ヌルマウスは上皮性体節を持っていなかったが、体節は近軸中皮33の体節として約正しいサイズと周期性の緩い間葉系単位に分割された。, 変異体はまた、尾部agenesis33などの骨格異常を示した。 これらのことから，パラキシスは上皮体状体の形成に必要であるが，近軸中はい葉のセグメンテーションには必要ではないことが示唆された。

マウスとニワトリ近軸中胚葉で会ったSomiticは、上にある表面ectoderm51、52からのWntシグナル伝達に依存している。 近軸中胚葉のセグメンテーションは、表面外胚葉の除去でも維持されたが、ソミチックMETはmice52では発生しませんでした。 Wntシグナル伝達の損失は、Paraxis発現の損失を引き起こし、mice52でソミティック会った。, さらに、表面外胚葉におけるWnt6発現はsomitic METを誘導し、異所性Wnt6発現は、ニワトリembryos53における表面外胚葉およびβ-カテニン依存性プロセスの欠如 また、paraxisの強制発現は、ニワトリembryos54におけるWntシグナル伝達の非存在下で体性上皮化を救出した。 一方、paraxis−/−マウス胚は、wntおよびNotchシグナル伝達経路における下流遺伝子の発現の減少、ならびにMeox1/2およびPax1の発現の減少を示し、適切な体節形成および仕様、respectively55のために必要とされる。, これらの事実は、paraxisがPSM55におけるWntシグナル伝達性上皮化に関与していることを示唆している。

以前の報告では、Meox1とMeox2は上皮体節、強皮細胞、および四肢芽で共発現されているが、皮膚筋細胞はMeox156のみを発現していることが示された。 Meox1-null変異体マウスは、軸方向骨格の発達ではなく、筋肉の発達に欠陥があった57、Meox2-null変異体マウスは、四肢筋肉の欠如だけでなく、一般的に減少した筋肉量が、軸方向骨格に異常はない56を表示したのに対し。, これらの結果は、Meox1が強皮質中のMeox2に代わるが、myotomeではなく、Meox2が強皮質中のMeox1の欠如を補うことを示唆しているが、強皮質中のmeox1の欠如を補うことは示唆されている。

Foxc1およびFoxc2は、翼らせん転写因子のメンバーであり、マウスembryos36に示すように、発達中の心臓および血管の体節、頭部中胚葉、および内皮および間葉系細胞を形成する多くの組織において発現される。 Foxc1とFoxc2の両方を欠いているマウス胚は、上皮体状または近軸中皮36の形態学的分割を持っていなかった。, ParaxisはFoxc1およびFoxc2がsomite形成processes36の間にparaxisの上流であることを示唆している変異体のpresomitic中胚葉およびsomite領域で検出できませんでした。 別のレポートは、Foxc1/2変異マウスの近軸中胚葉は、Pax2を発現する中間中胚葉にrespecifiedことを示した;Pax2は、中間中胚葉58の主要な転写因子である。 しかし、有意な変化は、中胚葉fates58を調節することができますBmp4またはノギンのいずれかの発現に検出されませんでした。, さらに、マウス胚の推定中間中胚葉におけるFoxc1またはFoxc2の誤発現は、中間から近軸中胚葉および体細胞に細胞運命の変換をもたらしたが、側板mesoderm58 これらの結果は、近軸中胚葉における体節セグメンテーションに寄与Foxc1とFoxc2と、中間中胚葉と近軸中胚葉の間の細胞運命の可塑性を示唆している。 一緒に取られて、これらの結果はFoxc1とFoxc2が近軸中胚葉分化と運命決定のために不可欠であることを示しています。,

体節の仕様

菌核は体節の腹内側部分に由来し、上皮–間葉系遷移によって形成されるが、皮膚筋細胞は体節の上皮背外側部分に由来する59。 菌核は、Pax1、Pax9、Nkx3.2（Bapx1）、およびSox9を含む主要な調節因子が特異的に発現されている間葉系組織である60。 一方、Pax3およびMyf5は、マウスembryos61の研究によって証明されるように、筋肉の発達に関与するMyoDの上流因子である。, Pax3は最初に形成体で発現されるが、それはdermomyotome62で発現したままに対し、その発現は、sclerotomeでの仕様の間にダウンレギュレーションされています。

ソニックヘッジホッグ（Shh）は、神経管63の脊索および床板から分泌される。 マウスおよび鳥胚を用いた研究は、shhがsclerotome形成における重要な分子として機能することを示している62、63。 Shh変異マウスは脊柱を欠いていた、とだけいくつかの初歩的な肋骨軟骨が形成されました64。, Gli2とGli3、Shhの下流因子の両方の欠失を有するマウス胚は、pax1とPax9の深刻な減少発現を示した;さらに、Sox9発現はsomites65で検出できなかった。 しかし、Shhヌルマウスはまだ一時的なPax1発現を示した。 これらの結果は、ShhがPax1、Pax9、およびSox9を介してGli2およびGli365の重要なインデューサであることを意味しますが、他の信号もinduction64に関与している可 マウスおよび鳥類での研究は、ノギンがノード、脊索、および背側体節で発現し、それがスクレロトームspecification63、66中にBMP4活性を阻害したことを示した。, Shhはまた、屋根板および表面外胚葉からのWntシグナル伝達と競合し、Wntは体状上皮状態を維持し、ニワトリembryos62における皮膚筋腫を誘導するために、これらの場所で機能した。 集合的に、これらの結果は、高レベルのＳｈｈ活性化および低レベルのＷｎｔおよびＢＭＰシグナル伝達が、硬化体の運命を決定するために必要であることを示す。

Paxファミリーの転写因子であるPax1およびPax9は、強皮細胞の大部分に特異的に発現している。 ホモ接合Pax1ヌル新生児マウスは、軸骨格67に重度の異常を示した。, 一方、ホモ接合Pax9変異体マウスは、四肢および頭蓋骨の骨格欠損を示したが、軸骨格68に明らかな欠陥を示さなかった。 さらに、Pax1/Pax9二重変異体マウスは、Pax1単一ホモ接合変異体よりもはるかに厳しい表現型を示した;Pax1/Pax9二重変異体は完全に、椎体、椎間板、およびribs69の近位部分などの硬化体の内側の部分に由来する組織を欠いている。, 脊索の周りの腹内側硬膜の凝縮はまた、軟骨形成および椎骨形成69の障害をもたらす、二重変異体で防止された。 さらに、マウスのレスキュー実験では、Pax1がPax9の機能を補償したのに対し、Pax9はPax1の機能を補償しなかったことが示されました69。

Nkx3.2（Bapx1）は、初期胚マウス発達中に菌核で発現されるホメオボックス含有転写因子である70。 Nkx3の標的となった破壊。,マウスにおける2遺伝子は、脊柱および頭蓋顔面骨の異常な発達を伴う致死骨格異形成をもたらした70、およびSox9およびII型collagen69の発現の低下を伴う軟骨発達の失敗をもたらした。 さらに、脊索の周りの椎骨anlagenにおける強皮細胞の凝縮は完全にNkx3.2変異体mice71の初期胚形成中に失われました。 Pax1/Pax9の二重変異を有するマウス胚の分析は、菌核におけるNkx3.2発現が用量依存性manner72におけるPax1とPax9の両方の存在を必要とすることを明 同じ研究では、Nkx3。,2はShhなしでもPax1の過剰発現によって誘導されることが判明した。 さらに、Pax1とPax9はNkx3.2がPax1とPax972の直接のターゲットであることを示す、DNAとの直接相互作用を介してNkx3.2プロモーターをトランスアクティブ これらの結果は、Nkx3.2がpax1とPax9の下流に機能し、軟骨形成と椎骨発達71において重要な役割を果たしていることを示唆している。

Meox1およびMeox2は、上記のように体突起形成に不可欠であり、体突起の発達に寄与する。, Meox1/2二重変異マウスは、近軸中胚葉におけるPax1発現を欠いていた、と彼らは皮膚筋腫分化の失敗で、その結果、Pax3とPax7発現の減衰を示した34。 これらの欠陥は、正常な椎骨柱の欠如などの軸方向骨格の異常をもたらした34だけでなく、体性由来の骨格筋の発達における主要な欠陥34。 さらに、Meox1とMeox2の両方に変異を持つマウスにおけるNkx3.2の発現は、それが単一のMeox1変異を持つマウスよりもはるかに深刻であった34。, これらの結果は、Meox1とMeox2が硬化体と皮膚筋腫の発達中に互いに調整し、補償することを示唆している。

sclerotomeのサブセット

その場所のために、sclerotomeは異なるシグナル伝達分子を産生する様々な細胞集団と接触しており、その結果、腹側–背側、内側側、および前後軸に沿って様々な亜集団が確立される12。 これらの結論は主に鳥類に関する研究から引き出された。,

菌核の中心部は、主に椎間板および脊柱の関節の形成に寄与する上皮体の間葉系コアを形成する73。 したがって、キリストはこのsclerotomalサブドメインを”arthrotome”12と命名しました。 強皮細胞の背側部分は、筋糸の近くに位置する。 Fgf8のようなFGFリガンドは、ミオトームから分泌され、硬化性発現を誘導する74。 これらのシグナル伝達活動は椎骨腱およびligaments74の前駆物質であるsyndetomeの人口をもたらします。, Sclerotomeの背内側および側側部分では、Pax1発現は、背側神経管、中間中胚葉、および側板中胚葉からBMP4によってダウンレギュレートされ、脊索signals75、76とは独立している開発につながる。 Sclerotomeの背内側部分は脊柱およびアーチを形作ります、一方sclerotomeの側方部分は遠位ribs75を形作ります。 これは、背側神経管および側板中皮から分泌されるBmp4に依存する75。 さらに、これら二つの部分はPax1expression75を欠いています。, 神経管の側面に隣接して位置する内側硬膜は、脊髄の血管および髄膜を生じさせる集団として同定された77。 脊索から分泌されるシグナル伝達分子に応答して、腹内側硬膜はpax1を強く発現し、脊索に向かって内側に移動する。 これらの細胞は脊索周囲チューブを形成し、椎体および椎間板78を生じさせる。 最後に、内皮前駆体電位を有する腹側–後部硬膜は、最近endotome13、79と命名された。, Sclerotomeのこの部分は、chicks79、80の研究に示されているように、背側大動脈およびvert血管の血管細胞に移行して分化する。