Примитивная полоска — это структура, которая формируется на ранних стадиях зародыша амниот . [1] У земноводных эквивалентной структурой является бластопор . [2] На раннем этапе эмбрионального развития эмбриональный диск приобретает овальную, а затем грушевидную форму с широким концом вперед и более узкой областью назад. Примитивная полоска образует продольную срединную структуру в более узкой задней (каудальной) области развивающегося эмбриона на его дорсальной стороне. [3] При первом формировании примитивная полоска простирается на половину длины эмбриона. У человеческого эмбриона это появляется на 6 стадии , примерно через 17 дней. [4]
Первичная полоска устанавливает двустороннюю симметрию , определяет место гаструляции и инициирует образование зародышевого листка . Чтобы сформировать примитивную полоску, мезенхимальные стволовые клетки располагаются вдоль проспективной срединной линии, образуя вторую эмбриональную ось и место, куда клетки будут проникать и мигрировать во время процесса гаструляции и формирования зародышевого листка. [5]
Примитивная полоска проходит через эту срединную линию и образует оси тела лево-правая и краниально-каудальная. [6] [7] Гаструляция включает проникновение предшественников мезодермы и их миграцию в конечное положение, [6] [8] где они дифференцируются в зародышевый листок мезодермы [5] , который вместе с зародышевым листком энтодермы и эктодермы будет дают начало всем тканям взрослого организма.
Эпибласт , единственный эпителиальный слой двухслойного эмбрионального диска , является источником всего эмбрионального материала у амниот , и некоторые из его клеток дают начало примитивной полоске. [5] [8] У амфибий эквивалентной структурой является бластопор . [2] Примитивная полоска образует продольную срединную структуру в более узкой каудальной (задней) области развивающегося эмбриона на его дорсальной стороне. [3] При первом формировании примитивная полоска простирается на половину длины эмбриона. У человеческого эмбриона это появляется на 6-й стадии Карнеги , примерно через 17 дней. [4]
К краниальному (переднему) концу диска примитивная полоска расширяется в область, известную как примитивный узел , который является организатором гаструляции . [9] У птиц, включая птенцов, этот организующий узел называется узлом Генсена . У амфибий , где он был впервые идентифицирован, он известен как организатор Спемана-Мангольда .
В середине узла находится круглое углубление, называемое примитивной ямой . Примитивная ямка простирается к каудальному концу в узкой впадине примитивной полоски, называемой примитивной бороздкой [9] ( лат . sulcus primitivus ). Борозда образуется за счет сворачивания эпибластических клеток . [10] [11]
После появления и формирования узла, ямки и бороздки полоска начинает регрессировать каудально. Примерно на 20-й день у человеческого эмбриона оставшиеся части полоски увеличиваются, образуя срединную каудальную клеточную массу , называемую хвостовой зачаткой или каудальным возвышением . [9] Также в это время хорда развивается краниально из примитивного узла. К 22 дню примитивная полоска регрессировала до 10–20% длины эмбриона, а к 26 дню, по-видимому, исчезла. [9]
Куриный эмбрион как модельный организм дал много информации о формировании примитивной полоски. В бластуле цыпленка ее формирование включает скоординированное движение и перестановку клеток в эпибласте. [12] Два встречно вращающихся потока клеток встречаются на заднем конце, где образуется полоска. [12] В центре этих потоков движение мало, тогда как наибольшее движение наблюдается на периферии вихрей. [7] Вихревые движения, подобные движению полонеза , являются ключевыми для формирования примитивной полосы. [13] Клетки, покрывающие серп Коллера на заднем конце куриного эмбриона, движутся к средней линии, встречаются и меняют направление к центру эпибласта. Клетки латеральной задней краевой зоны заменяют те клетки, которые покинули серп Коллера, встречаясь в центре этой области, меняя направление и простираясь вперед. [8] [14] По мере того, как эти клетки перемещаются и концентрируются на заднем конце эмбриона, полоска претерпевает переход от однослойного к многослойному эпителиальному листу, что делает ее макроскопически видимой структурой. [8] Для объяснения природы клеточных движений, необходимых для формирования примитивной полоски, было предложено несколько механизмов, включая активную пролиферацию, ориентированное клеточное деление , межклеточную интеркаляцию и хемотаксическое движение клеток. [15] [8]
Маргинальная зона куриного эмбриона содержит клетки , которые будут способствовать образованию полос. [8] Эта область имеет определенный передне-задний градиент в своей способности индуцировать примитивную полоску, при этом задний конец имеет самый высокий потенциал. [16] Все клетки эпибласта могут реагировать на сигналы из маргинальной зоны, [5] но как только данная область индуцируется этими сигналами и подвергается образованию полос, оставшиеся клетки эпибласта перестают реагировать на эти индуктивные сигналы и предотвратить образование еще одной полосы. [16]
В основе эпибласта находится гипобласт , от которого берет начало внеэмбриональная ткань. [8] У цыплят отсутствие гипобласта приводит к появлению множественных полосок, [17] что указывает на то, что его наличие важно для регуляции образования одной примитивной полоски. У мышей и других млекопитающих эта структура известна как передняя висцеральная энтодерма (AVE). [17] AVE мигрирует из висцеральной энтодермы (гипобласта). [18] Гипобласт также играет важную роль в регуляции образования полос. Удаление гипобласта у цыпленка приводит к образованию эктопических полосок правильного рисунка, что указывает на то, что гипобласт служит для ингибирования образования примитивной полоски. [19]
Формирование примитивной полоски у цыпленка в высокой степени регулируется сложной сетью сигнальных путей . Для этого процесса необходима активация различных секретируемых факторов (Vg1, Nodal , Wnt8C , FGF8 и Chordin ) и факторов транскрипции ( Brachyury и Goosecoid ), прилегающих к месту образования полосок. [20] [21] [22] [23] [19]
Аналогичным образом, неправильная экспрессия Vg1 ( члена семейства трансформирующих факторов роста бета (TGF-β)) и трансплантаты задней маргинальной зоны [16] у цыплят также могут вызывать эктопические полоски, но только в пределах маргинальной зоны эмбриона, [22] что указывает на специфической характеристикой этой области является ее способность вызывать образование полос. Несколько доказательств указывают на то, что экспрессия Wnt является определяющим фактором этой способности. Делеция Wnt3 у эмбрионов мышей приводит к отсутствию образования полос, аналогично фенотипу мутантных эмбрионов B-catenin . [24] Кроме того, мутация внутриклеточного негативного регулятора передачи сигналов Wnt, Axin , [25] и неправильная экспрессия куриного cWnt8C [26] приводят к появлению множественных полос в мышиных эмбрионах. Локализация Wnt и компонентов его пути, Lef1 и B-catenin, дополнительно подтверждает роль индукции полос в маргинальной зоне. [22] Кроме того, это выражается в виде градиента, уменьшающегося от задней части к передней, [22] [23] что соответствует способности маргинальной зоны вызывать появление полос. Неправильная экспрессия Vg1 или Wnt1 по отдельности не смогла вызвать эктопическую полоску у кур, но вместе их неправильная экспрессия привела к образованию эктопической полоски, подтверждая, что способность задней маргинальной зоны индуцировать полоски может быть связана с передачей сигналов Wnt [22] и что Vg1 и Wnt должны сотрудничать, чтобы вызвать этот процесс. Неправильная экспрессия Vg1 вместе с антагонистами Wnt, Crescent или Dkk-1 , предотвращает образование эктопических полосок, [22] демонстрируя важность активности Wnt в формировании Vg1-индуцированных эктопических полосок и, следовательно, ее участие в формировании нормальных примитивных полосок.
Nodal , известный мезодермальный индуктор семейства трансформирующих факторов роста бета (семейство TGFB), [19] участвует в формировании полос. Мышиные эмбрионы, мутантные по Nodal, неспособны гаструлировать и лишены большей части мезодермы, [27] но более чем играют роль в индукции мезодермы, Nodal регулирует индукцию и/или поддержание примитивной полоски. [27] В присутствии гипобласта Nodal не способен индуцировать эктопические полосы у куриного эмбриона, тогда как его удаление индуцирует экспрессию Nodal, Chordin и Brachyury, [19] предполагая, что гипобласт должен оказывать определенное ингибирующее действие на передачу сигналов Nodal. . Действительно, многофункциональный антагонист передачи сигналов Nodal, Wnt и BMP, Cerberus (продуцируемый в гипобласте) и Cerberus-Short (который ингибирует только Nodal), благодаря своему влиянию на передачу сигналов Nodal, ингибирует образование полосок. [19] В конце концов, гипобласт смещается вперед движущимся эндобластом, что приводит к образованию полос на заднем конце. На переднем конце присутствие гипобласта и секретируемых им антагонистов, таких как Cerberus, ингибируют экспрессию Nodal и, следовательно, ограничивают образование полосок только на заднем конце. [19] Подобно гипобласту кур, AVE у мышей секретирует два антагониста передачи сигналов Nodal, Cerberus-like, Cerl и Lefty1 . [19] [28] У мышей Cer-/-; Двойные мутанты Lefty1-/- развивают множественные полосы [17] , на что указывает эктопическая экспрессия Brachyury, и их можно частично спасти путем удаления одной копии гена Nodal. [17] У мышей AVE ограничивает образование полос посредством избыточных функций Cer1 и Lefty1, которые отрицательно регулируют передачу сигналов Nodal. [17] Роль AVE мыши в обеспечении формирования единственной примитивной полоски эволюционно консервативна в гипобласте курицы. [17] [19]
Другим важным путем модуляции образования примитивной полоски является FGF , который, как полагают, работает вместе с Nodal, регулируя этот процесс. [29] Ингибирование передачи сигналов FGF посредством экспрессии доминантно-негативного рецептора с использованием ингибитора рецептора FGF (SU5402) или истощения лигандов FGF ингибирует образование мезодермы [7] , а это, в свою очередь, ингибирует образование полосок. [8] Кроме того, образование эктопических полосок, индуцированное Vg1, требует передачи сигналов FGF. [29]
Наконец, передача сигналов BMP также важна для регуляции процесса образования полосок у куриного эмбриона. Место образования полосок характеризуется низким уровнем сигналов BMP, тогда как остальная часть эпибласта демонстрирует высокие уровни активации BMP. [30] Кроме того, неправильная экспрессия BMP4 или BMP7 предотвращает образование полос, в то время как ингибитор BMP Chordin индуцирует образование эктопических полос у цыплят, [31] предполагая, что образование полос, вероятно, потребует ингибирования BMP.
Примитивная полоса — важная концепция в биоэтике , где некоторые эксперты утверждают, что эксперименты с человеческими эмбрионами допустимы, но только до того, как разовьется примитивная полоса, обычно примерно на четырнадцатый день существования. Развитие примитивной жилки рассматривается такими биоэтиками как знак создания уникального человеческого существа. [32] В некоторых странах незаконно развивать человеческий эмбрион более 14 дней вне тела женщины. [33]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )