В области биологии развития региональная дифференциация — это процесс, посредством которого определяются различные области в развитии раннего эмбриона . [1] Процесс, посредством которого клетки становятся специфическими, различается между организмами .
С точки зрения приверженности развитию, клетка может быть либо специфицирована, либо определена. Спецификация — это первая стадия дифференциации. [2] Специфицированная клетка может иметь обратное приверженное состояние, в то время как определенное состояние необратимо. [3] Существует два основных типа спецификации: автономная и условная. Клетка, специфицированная автономно, разовьется в определенную судьбу, основанную на цитоплазматических детерминантах, независимо от среды, в которой находится клетка. Клетка, специфицированная условно, разовьется в определенную судьбу, основанную на других окружающих клетках или градиентах морфогена . Другой тип спецификации — синцитиальная спецификация, характерная для большинства классов насекомых . [2]
Спецификация у морских ежей использует как автономные, так и условные механизмы для определения передней/задней оси. Передняя/задняя ось лежит вдоль оси животное/вегетация, установленной во время дробления . Микромеры побуждают близлежащую ткань стать энтодермой, в то время как животные клетки специфицируются, чтобы стать эктодермой . Животные клетки не определяются, поскольку микромеры могут побуждать животные клетки также принимать мезодермальную и энтодермальную судьбу. Было замечено, что β-катенин присутствует в ядрах на вегетативном полюсе бластулы . В ходе серии экспериментов одно исследование подтвердило роль β-катенина в клеточно-автономной спецификации судеб вегетационных клеток и способность индуцировать микромеры. [4] Обработка хлоридом лития, достаточная для вегетализации эмбриона, привела к увеличению ядерно локализованного β-катенина. Снижение экспрессии β-катенина в ядре коррелировало с потерей вегетативных клеточных судеб. Трансплантаты микромеров, лишенных ядерного накопления β-катенина, не смогли индуцировать вторую ось.
Для молекулярного механизма β-катенина и микромеров было отмечено, что Notch присутствовал равномерно на апикальной поверхности ранней бластулы, но был утрачен во вторичных мезенхимных клетках (SMC) во время поздней бластулы и обогащен в презумптивных энтодермальных клетках в поздней бластулы. Notch необходим и достаточен для определения SMC. Микромеры экспрессируют лиганд для Notch, Delta, на своей поверхности, чтобы вызвать образование SMC.
Высокие ядерные уровни b-катенина являются результатом высокого накопления белка disheveled 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 экспрессироваться генам микромера.
Аборальная /оральная ось (аналогичная дорсальной/вентральной осям у других животных) определяется узловым гомологом. Этот узел был локализован на будущей оральной стороне эмбриона. Эксперименты подтвердили, что узел является как необходимым, так и достаточным для содействия развитию оральной судьбы. Узел также играет роль в формировании левой/правой оси.
Оболочники стали популярным выбором для изучения региональной спецификации, поскольку они были первыми организмами, у которых была обнаружена автономная спецификация, и они эволюционно связаны с позвоночными.
Ранние наблюдения за оболочниками привели к идентификации желтого полумесяца (также называемого миоплазмой). Эта цитоплазма была отделена от будущих мышечных клеток и при трансплантации могла индуцировать образование мышечных клеток. Цитоплазматический детерминант macho-1 был выделен как необходимый и достаточный фактор для образования мышечных клеток. Подобно морским ежам, накопление b-катенина в ядрах было идентифицировано как необходимое и достаточное для индукции энтодермы.
Еще две клеточные судьбы определяются условной спецификацией. Эндодерма посылает сигнал фактора роста фибробластов (FGF), чтобы определить судьбу хорды и мезенхимы. Передние клетки реагируют на FGF, чтобы стать хордой, в то время как задние клетки (идентифицируются по наличию macho-1) реагируют на FGF, чтобы стать мезенхимой.
Цитоплазма яйца определяет не только судьбу клетки, но и дорсальную/вентральную ось. Цитоплазма в вегетативном полюсе определяет эту ось, и удаление этой цитоплазмы приводит к потере информации об оси. Желтая цитоплазма определяет переднюю/заднюю ось. Когда желтая цитоплазма перемещается в заднюю часть яйца, чтобы стать задней вегетативной цитоплазмой (PVC), определяется передняя/задняя ось. Удаление PVC приводит к потере оси, в то время как трансплантация в переднюю часть меняет ось на противоположную.
На двухклеточной стадии эмбрион нематоды C. elegans демонстрирует мозаичное поведение . Существуют две клетки: клетка P1 и клетка AB. Клетка P1 смогла произвести все свои предназначенные клетки, тогда как клетка AB смогла произвести только часть клеток, которые ей было суждено произвести. Таким образом, первое деление дает автономную спецификацию двух клеток, но клеткам AB требуется условный механизм для производства всех своих предназначенных 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.
Передне-задняя структура Drosophila формируется тремя материнскими группами генов. Передняя группа формирует головные и грудные сегменты. Задняя группа формирует брюшные сегменты, а конечная группа формирует переднюю и заднюю терминальные области, называемые терминалиями (акрон в передней части и тельсон в задней).
Гены передней группы включают bicoid. Bicoid функционирует как градуированный фактор транскрипции морфогена, который локализуется в ядре. Голова эмбриона формируется в точке наибольшей концентрации bicoid, а передний рисунок зависит от концентрации bicoid. Bicoid работает как транскрипционный активатор генов gap hunchback (hb), buttonhead (btd), empty spiracles (ems) и orthodentical (otd), одновременно подавляя трансляцию caudal. Различное сродство к bicoid в промоторах генов, которые он активирует, позволяет осуществлять зависимую от концентрации активацию. 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, swallow и exuperantia, играют роль в локализации bicoid в передней части. Bicoid направлен в переднюю часть своим 3'-нетранслируемым участком (3'UTR). Микротрубочковый цитоскелет также играет роль в локализации бикоида.
Гены задней группы включают nanos. Подобно bicoid, nanos локализуется на заднем полюсе как градуированный морфоген. Единственная роль nanos заключается в подавлении транскрибированной материнской мРНК hunchback в задней части. Другой белок, pumilio, требуется для того, чтобы nanos подавлял hunchback. Другие задние белки, oskar (который связывает мРНК nanos), Tudor, vasa и Valois, локализуют детерминанты зародышевой линии и nanos в задней части.
В отличие от передних и задних, позиционная информация для терминалий поступает от фолликулярных клеток яичника. Терминалии определяются посредством действия тирозинкиназы рецептора Torso. Фолликулярные клетки секретируют Torso-like в перивителлиновое пространство только на полюсах. Torso-like расщепляет пропептид Trunk, который, по-видимому, является лигандом Torso. Trunk активирует Torso и вызывает каскад передачи сигнала, который подавляет транскрипционный репрессор Groucho, который, в свою очередь, вызывает активацию генов терминальной щели tailless и huckebein.
Паттернирование от материнских генов влияет на экспрессию генов сегментации . Гены сегментации являются эмбрионально экспрессируемыми генами, которые определяют количество, размер и полярность сегментов. Гены gap находятся под прямым влиянием материнских генов и экспрессируются в локальных и перекрывающихся областях вдоль передней/задней оси. На эти гены влияют не только материнские гены, но и эпистатические взаимодействия между другими генами gap.
Гены gap работают для активации генов pair-rule . Каждый ген pair-rule экспрессируется в семи полосах в результате комбинированного эффекта генов gap и взаимодействий между другими генами pair-rule. Гены pair-rule можно разделить на два класса: первичные гены pair-rule и вторичные гены pair-rule. Первичные гены pair-rule способны влиять на вторичные гены pair-rule, но не наоборот. Молекулярный механизм между регуляцией первичных генов pair-rule был понят с помощью комплексного анализа регуляции even-skipped. Как положительные, так и отрицательные регуляторные взаимодействия как материнских, так и gap-генов, а также уникальная комбинация факторов транскрипции работают для экспрессии even-skipped в разных частях эмбриона. Один и тот же gap-ген может действовать положительно в одной полосе, но отрицательно в другой.
Экспрессия генов парного правила транслируется в экспрессию генов полярности сегмента в 14 полосах. Роль генов полярности сегмента заключается в определении границ и полярности сегментов. Считается, что средства, с помощью которых гены достигают этого, включают градуированное распределение wingless и hedgehog или каскад сигналов, инициируемых этими белками. В отличие от генов gap и pair-rule, гены полярности сегмента функционируют внутри клеток, а не внутри синцития. Таким образом, гены полярности сегмента влияют на формирование паттерна посредством сигнализации, а не автономно. Кроме того, гены gap и pair-rule экспрессируются временно, в то время как экспрессия гена полярности сегмента поддерживается на протяжении всего развития. Постоянная экспрессия генов полярности сегмента поддерживается петлей обратной связи с участием hedgehog и wingless.
В то время как гены сегментации могут определять количество, размер и полярность сегментов, гомеозисные гены могут определять идентичность сегмента. Гомеозисные гены активируются генами gap и генами pair-rule. Комплекс Antennapedia и комплекс bithorax на третьей хромосоме содержат основные гомеозисные гены, необходимые для определения сегментной идентичности (фактически парасегментной 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. Позже в ходе развития гомеозисные гены экспрессируются в нервной системе в похожем передне-заднем паттерне. Гомеозисные гены поддерживаются на протяжении всего развития посредством модификации состояния конденсации их хроматина. Гены Polycomb поддерживают хроматин в неактивной конформации, в то время как гены trithorax поддерживают хроматин в активной конформации.
Все гомеозисные гены разделяют сегмент белка с похожей последовательностью и структурой, называемый гомеодоменом (последовательность ДНК называется гомеобоксом). Этот регион гомеозисных белков связывает ДНК. Этот домен был обнаружен в других регуляторных белках развития, таких как bicoid, а также у других животных, включая человека. Молекулярное картирование показало, что кластер генов HOX был унаследован в нетронутом виде от общего предка мух и млекопитающих, что указывает на то, что это фундаментальная регуляторная система развития.
Материнский белок, Dorsal, функционирует как градуированный морфоген, устанавливая вентральную сторону эмбриона (название происходит от мутаций, которые привели к дорсализованному фенотипу). Dorsal похож на bicoid тем, что является ядерным белком; однако, в отличие от bicoid, dorsal равномерно распределен по всему эмбриону. Разница в концентрации возникает из-за дифференциального ядерного транспорта. Механизм, посредством которого dorsa l дифференциально располагается в ядрах, происходит в три этапа.
Первый шаг происходит на дорсальной стороне эмбриона. Ядро в ооците движется по микротрубочковому пути к одной стороне ооцита. Эта сторона посылает сигнал, gurken , рецепторам торпеды на фолликулярных клетках. Рецептор торпеды находится во всех фолликулярных клетках; однако сигнал gurken находится только на передней дорсальной стороне ооцита. Фолликулярные клетки меняют форму и синтетические свойства, чтобы отличить дорсальную сторону от вентральной. Эти дорсальные фолликулярные клетки не способны вырабатывать белок трубы, необходимый для второго шага.
Второй шаг — это сигнал от вентральных фолликулярных клеток обратно к ооциту. Этот сигнал действует после того, как яйцеклетка покинула фолликулярные клетки, поэтому этот сигнал сохраняется в перивителлиновом пространстве. Фолликулярные клетки секретируют windbeutel, nudel и pipe, которые создают комплекс, активирующий протеазу. Поскольку дорсальные фолликулярные клетки не экспрессируют pipe, они не способны создавать этот комплекс. Позже эмбрион секретирует три неактивные протеазы ( дефектная гаструляция, змея и Easter ) и неактивный лиганд ( spätzle ) в перивителлиновое пространство. Эти протеазы активируются комплексом и расщепляют spätzle в активную форму. Этот активный белок распределяется в градиенте от вентральной к дорсальной поверхности. Toll является рецепторной тирозинкиназой для spätzle и передает градуированный сигнал spätzle через цитоплазму для фосфорилирования cactus . После фосфорилирования кактус больше не связывается с дорсальным, позволяя ему свободно проникать в ядро. Количество высвобождаемого дорсального зависит от количества присутствующего белка шпецле .
Третий шаг — региональная экспрессия зиготических генов decapentaplegic ( dpp ), zerknüllt , tolloid , twist , snail и rhomboid из-за экспрессии dorsal в ядре. Высокие уровни dorsal необходимы для включения транскрипции twist и snail. Низкие уровни dorsal могут активировать транскрипцию rhomboid. Dorsal подавляет транскрипцию zerknüllt, tolloid и dpp. Зиготические гены также взаимодействуют друг с другом, ограничивая свои домены экспрессии.
Между оплодотворением и первым делением у эмбрионов Xenopus кортикальная цитоплазма зиготы поворачивается относительно центральной цитоплазмы примерно на 30 градусов, чтобы обнажить (у некоторых видов) серый полумесяц в краевой или средней области эмбриона. Кортикальное вращение обеспечивается микротрубочками-моторами, движущимися вдоль параллельных рядов кортикальных микротрубочек. Этот серый полумесяц отмечает будущую дорсальную сторону эмбриона. Блокировка этого вращения предотвращает формирование дорсальной/вентральной оси. К поздней стадии бластулы эмбрионы Xenopus имеют четкую дорсальную/вентральную ось.
В ранней гаструле большая часть ткани эмбриона не определена. Единственным исключением является передняя часть дорсальной губы бластопора. Когда эта ткань была пересажена в другую часть эмбриона, она развивалась так, как обычно. Кроме того, эта ткань была способна индуцировать формирование другой дорсальной/вентральной оси. Ганс Шпеман назвал эту область организатором, а индукцию дорсальной оси — первичной индукцией.
Организатор индуцируется из дорсальной вегетативной области, называемой центром Ньюкопа . На протяжении стадии бластулы у эмбрионов существует множество различных потенциалов развития. Вегетативная шапочка может дать начало только энтодермальным типам клеток, в то время как анимальная шапочка может дать начало только эктодермальным типам клеток. Однако краевая зона может дать начало большинству структур эмбриона, включая мезодерму . Серия экспериментов Питера Ньюкопа показала, что если удалить краевую зону и разместить анимальную и вегетативную шапочки рядом друг с другом, мезодерма происходит из анимальной шапочки, а дорсальные ткани всегда соседствуют с дорсальными вегетативными клетками. Таким образом, эта дорсальная вегетативная область, называемая центром Ньюкопа, смогла вызвать образование организатора.
Анализы близнецов идентифицировали белки Wnt как молекулы из центра Ньюкупа, которые могут определять дорсальную/вентральную ось. В анализах близнецов молекулы вводятся в вентральный бластомер эмбриона на стадии четырех клеток. Если молекулы определяют дорсальную ось, дорсальные структуры будут сформированы на вентральной стороне. Белки Wnt не были необходимы для определения оси, но исследование других белков в пути Wnt привело к открытию того, что β-катенин был необходим. 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. Существуют две возможные молекулы, которые могут регулировать GSK-3: GBP (GSK-3 Binding Protein) и Dishevelled . Текущая модель заключается в том, что они действуют вместе, ингибируя активность GSK-3. Dishevelled способен индуцировать вторичную ось при сверхэкспрессии и присутствует на более высоких уровнях на дорсальной стороне после кортикального вращения ( нарушение симметрии и кортикальное вращение ). Однако истощение Dishevelled не имеет никакого эффекта. GBP имеет эффект как при истощении, так и при сверхэкспрессии. Однако недавние данные показали, что Xwnt11, молекула Wnt, экспрессируемая у Xenopus , была и достаточной, и необходимой для формирования дорсальной оси. [5]
Формирование мезодермы происходит из двух сигналов: один для вентральной части и один для дорсальной части. Анализы анимального колпачка использовались для определения молекулярных сигналов от вегетативного колпачка, которые способны побудить анимальный колпачок сформировать мезодерму. В анализе анимального колпачка интересующие молекулы либо наносятся в среду, в которой растет колпачок, либо вводятся в виде мРНК в ранний эмбрион. Эти эксперименты идентифицировали группу молекул, семейство трансформирующего фактора роста-β (TGF-β). С доминантными отрицательными формами TGF-β ранние эксперименты смогли идентифицировать только семейство вовлеченных молекул, а не конкретного члена. Недавние эксперименты идентифицировали белки, связанные с узелками Xenopus (Xnr-1, Xnr-2 и Xnr-4), как сигналы, индуцирующие мезодерму. Ингибиторы этих лигандов предотвращают формирование мезодермы, и эти белки показывают ступенчатое распределение вдоль дорсальной/вентральной оси.
Вегетативно локализованная мРНК, VegT и, возможно, Vg1, участвует 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 синергически с VegT, производя высокие уровни Xnr-1,2,4. Siamois будет действовать синергически с Xnr-1,2,4, активируя высокий уровень факторов транскрипции, таких как goosecoid, в организаторе. Области в эмбрионе с более низкими уровнями Xnr-1,2,4 будут экспрессировать вентральную или латеральную мезодерму. Ядерный β-катенин работает синергически с сигналом судьбы мезодермальной клетки, создавая сигнальную активность центра Nieuwkoop, чтобы вызвать формирование организатора в дорсальной мезодерме.
Существует два класса генов, которые отвечают за активность организатора: факторы транскрипции и секретируемые белки. Goosecoid (который имеет гомологию между bicoid и gooseberry) является первым известным геном, который экспрессируется в организаторе, и является как достаточным, так и необходимым для указания вторичной оси.
Организатор побуждает вентральную мезодерму стать латеральной мезодермой, 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. При отсутствии этих сигналов эктодерма возвращается к своему исходному состоянию нервной ткани. Четыре из секретируемых молекул организатора, хордин, ноггин, фоллистатин и Xenopus nodal-related-3 (Xnr-3), напрямую взаимодействуют с BMP-4 и блокируют его способность связываться со своим рецептором. Таким образом, эти молекулы создают градиент BMP-4 вдоль дорсальной/вентральной оси мезодермы.
BMP-4 в основном действует в туловище и хвостовой области эмбриона, в то время как другой набор сигналов работает в области головы. Xwnt-8 экспрессируется по всей вентральной и боковой мезодерме. Эндомезодерма (может дать начало как энтодерме, так и мезодерме) на переднем крае архентерона (будущей передней части) секретирует три фактора Cerberus , Dickkopf и Frzb . В то время как Cerberus и Frzb связываются напрямую с Xwnt-8, чтобы предотвратить его связывание с его рецептором, Cerberus также способен связываться с BMP-4 и Xnr1. [6] 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.
Передне-заднее паттернирование эмбриона происходит где-то до или во время гаструляции . Первые инволюционирующие клетки обладают передней индуцирующей активностью, в то время как последние клетки обладают задней индуцирующей активностью. Передняя индуцирующая способность исходит от антагонических сигналов Xwnt-8 Cereberus, Dickkopf и Frzb, обсуждавшихся выше. Развитие передней головки также требует функции IGF (инсулиноподобных факторов роста), экспрессируемых в дорсальной средней линии и передней нервной трубке. Считается, что IGF функционируют, активируя каскад передачи сигнала, который вмешивается и ингибирует как сигнализацию Wnt, так и сигнализацию BMP. В задней части два кандидата на постериоризирующие сигналы включают eFGF, гомолог фактора роста фибробластов, и ретиноевую кислоту .
Основа формирования оси у данио-рерио параллельна тому, что известно у амфибий. Эмбриональный щиток имеет ту же функцию, что и дорсальная губа бластопора, и действует как организатор. При трансплантации он способен организовывать вторичную ось, а его удаление предотвращает образование дорсальных структур. β-катенин также играет роль, схожую с его ролью у амфибий. Он 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 (гомеодоменный фактор транскрипции, похожий на Siamois), которые действуют вместе, активируя goosecoid в эмбриональном щитке.
Как и у Xenopus, индукция мезодермы включает два сигнала: один от вегетативного полюса для индукции вентральной мезодермы и один от эквивалентных дорсальных вегетативных клеток центра Ньюкупа для индукции дорсальной мезодермы.
Сигналы от организатора также параллельны сигналам от амфибий. Ноггин и гомолог хордина Chordino связывается с членом семейства BMP, BMP2B, чтобы заблокировать его от вентрализации эмбриона. Диккопф связывается с гомологом Wnt Wnt8, чтобы заблокировать его от вентрализации и постериоризации эмбриона.
У рыб существует третий путь, регулируемый β-катенином. β-катенин активирует фактор транскрипции stat3. Stat3 координирует движения клеток во время гаструляции и способствует установлению плоскостной полярности.
Дорсальная/вентральная ось определяется в куриных эмбрионах ориентацией клеток по отношению к желтку. Вентральная ось находится внизу по отношению к желтку, а анимальная — вверху. Эта ось определяется созданием разницы pH «внутри» и «снаружи» бластодермы между субгерминальным пространством и альбумином снаружи. Субгерминальное пространство имеет pH 6,5, тогда как альбумин снаружи имеет pH 9,5.
Передне-задняя ось определяется во время начального наклона эмбриона, когда откладывается яичная скорлупа. Яйцо постоянно вращается в постоянном направлении, и происходит частичная стратификация желтка; более легкие компоненты желтка будут находиться около одного конца бластодермы и станут будущей задней частью. Молекулярная основа задней части неизвестна, однако накопление клеток в конечном итоге приводит к образованию задней краевой зоны (PMZ).
PMZ является эквивалентом центра Nieuwkoop, поскольку его роль заключается в индукции узелка Гензена. Трансплантация PMZ приводит к индукции примитивной полоски, однако PMZ не способствует образованию самой полоски. Подобно центру Nieuwkoop, PMZ экспрессирует как Vg1, так и ядерный локализованный β-катенин.
Узелок Гензена эквивалентен организатору. Трансплантация узелка Гензена приводит к образованию вторичной оси. Узелок Гензена — это место, где начинается гаструляция, и он становится дорсальной мезодермой. Узелок Гензена образуется в результате индукции ПМЗ на передней части ПМЗ, называемой серпом Коллера . Когда формируется первичная полоска, эти клетки расширяются и становятся узелком Гензена. Эти клетки экспрессируют goosecoid, что соответствует их роли организатора.
Функция организатора в куриных эмбрионах похожа на функцию амфибий и рыб, однако есть некоторые различия. Подобно амфибиям и рыбам, организатор секретирует белки Chordin, Noggin и Nodal, которые противодействуют сигнализации BMP и дорсализации эмбриона. Однако нейронная индукция не полностью полагается на ингибирование сигнализации BMP. Сверхэкспрессия антагонистов BMP недостаточна для индукции образования нейронов, а сверхэкспрессия BMP не блокирует образование нейронов. В то время как вся история нейронной индукции неизвестна, FGF, по-видимому, играют роль в мезодерме и нейронной индукции. Передне-заднее паттернирование эмбриона требует сигналов, таких как цербер, от гипобласта и пространственной регуляции накопления ретиноевой кислоты для активации 3' Hox генов в задней нейроэктодерме (задний мозг и спинной мозг).
Самая ранняя спецификация в эмбрионах мышей происходит между клетками трофобласта и внутренней клеточной массы во внешних полярных клетках и внутренних аполярных клетках соответственно. Эти две группы становятся специфицированными на стадии восьми клеток во время уплотнения, но не определяются, пока не достигнут стадии 64 клеток. Если аполярная клетка трансплантируется наружу на стадии 8-32 клеток, эта клетка разовьется как клетка трофобласта.
Передняя/задняя ось в эмбрионе мыши определяется двумя сигнальными центрами. В эмбрионе мыши яйцо образует цилиндр с эпибластом, образующим чашу на дистальном конце этого цилиндра. Эпибласт окружен висцеральной энтодермой, эквивалентом гипобласта людей и цыплят. Сигналы для передней/задней оси поступают из примитивного узла . Другим важным местом является передняя висцеральная энтодерма (AVE). AVE лежит впереди самого переднего положения узла и находится прямо под эпибластом в области, которая будет занята мигрирующей энтомезодермой для формирования головной мезодермы и энтодермы передней кишки. AVE взаимодействует с узлом для определения самых передних структур. Таким образом, узел способен формировать нормальный туловище, но требует сигналов от AVE для формирования головы.
Открытие гомеобокса у мух -дрозофил и его сохранение у других животных привело к прогрессу в понимании передне-заднего паттерна. Большинство генов Hox у млекопитающих демонстрируют паттерн экспрессии, который параллелен гомеотическим генам у мух. У млекопитающих существует четыре копии генов Hox. Каждый набор генов Hox 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 синергически, указывая на то, что гены должны работать вместе для выполнения функции.