stringtranslate.com

Примитивная черта

Первичная полоска — это структура, которая формируется на ранних стадиях развития эмбриона у амниот . [1] У амфибий эквивалентной структурой является бластопор . [2] Во время раннего эмбрионального развития эмбриональный диск становится овальным, а затем грушевидным с широким концом, направленным вперед, и более узкой областью, проецирующейся назад. Первичная полоска образует продольную срединную структуру в более узкой задней (каудальной) области развивающегося эмбриона на его дорсальной стороне. [3] При первом формировании первичная полоска простирается на половину длины эмбриона. У человеческого эмбриона это появляется на стадии 6 , примерно на 17 день. [4]

Первичная полоска устанавливает двустороннюю симметрию , определяет место гаструляции и инициирует формирование зародышевого листка . Для формирования первичной полоски мезенхимальные стволовые клетки располагаются вдоль предполагаемой средней линии, устанавливая вторую эмбриональную ось и место, куда клетки будут проникать и мигрировать в процессе гаструляции и формирования зародышевого листка. [5]

Первичная полоска проходит через эту среднюю линию и создает лево-правую и краниально-каудальную оси тела. [6] [7] Гаструляция включает в себя проникновение предшественников мезодермы и их миграцию в конечное положение, [6] [8], где они дифференцируются в зародышевый слой мезодермы [5] , который вместе с зародышевыми слоями энтодермы и эктодермы даст начало всем тканям взрослого организма.

Структура

Клеточная дифференциация, возникающая в результате развития первичной полоски во время гаструляции после имплантации

Эпибласт , одиночный эпителиальный слой двухслойного эмбрионального диска , является источником всего эмбрионального материала у амниот , и некоторые из его клеток дадут начало первичной полоске. [5] [8] У амфибий эквивалентной структурой является бластопор . [2] Первичная полоска образует продольную срединную структуру в более узкой каудальной (задней) области развивающегося эмбриона на его дорсальной стороне. [3] При первом формировании первичная полоска простирается на половину длины эмбриона. У человеческого эмбриона это появляется на стадии Карнеги 6 , около 17 дней. [4]

Ближе к краниальному (переднему) концу диска примитивная полоска расширяется в область, известную как примитивный узел , который является организатором гаструляции . [9] У птиц, включая цыплят, этот организующий узел называется узелком Гензена . У амфибий , где он был впервые идентифицирован, он известен как организатор Шпемана-Мангольда .

В середине узла находится круглое углубление, называемое примитивной ямкой . Первичная ямка простирается к каудальному концу в узком углублении в примитивной полоске, называемом примитивной бороздкой [9] ( лат . sulcus primitivus ). Бороздка создается путем впячивания эпибластных 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 почкой или каудальным возвышением . [9] Также в это время хорда развивается краниально из примитивного узла. К 22-му дню примитивная полоска регрессирует до 10–20% длины эмбриона, а к 26-му дню, по-видимому, исчезает. [9]

Первичная полоска в связи с более поздним развитием хорды, показанная на эмбрионе черного гиббона

Формирование

Куриный эмбрион как модельный организм предоставил много информации о формировании первичной полоски. В куриной бластуле ее формирование включает скоординированное движение и перераспределение клеток в эпибласте. [12] Два противоположно вращающихся потока клеток встречаются на заднем конце, где формируется полоска. [12] В центре этих потоков наблюдается небольшое движение, в то время как наибольшее движение наблюдается на периферии вихрей. [7] Вихревые движения, подобные движению полонез, являются ключевыми для формирования первичной полоски. [13] Клетки, покрывающие серп Коллера на заднем конце куриного эмбриона, движутся к средней линии, встречаются и меняют направление к центру эпибласта. Клетки из боковой задней краевой зоны заменяют те клетки, которые покинули серп Коллера, встречаясь в центре этой области, изменяя направление и расширяясь вперед. [8] [14] Поскольку 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 первичной полоски, было предложено несколько механизмов, включая активную пролиферацию, ориентированное деление клеток , межклеточную интеркаляцию и хемотаксическое движение клеток. [15] [8]

Краевая зона куриного эмбриона содержит клетки , которые будут способствовать образованию полоски. [8] Эта область имеет определенный градиент спереди назад в своей способности индуцировать первичную полоску, при этом задний конец имеет самый высокий потенциал. [16] Все клетки в эпибласте могут реагировать на сигналы из краевой зоны, [5] но как только данная область индуцируется этими сигналами и подвергается формированию полоски, оставшиеся клетки в эпибласте больше не реагируют на эти индуктивные сигналы и предотвращают формирование другой полоски. [16]

Под эпибластом находится гипобласт , где зарождается внезародышевая ткань. [8] У цыпленка отсутствие гипобласта приводит к появлению множественных полосок, [17] что говорит о том, что его присутствие важно для регулирования образования одной примитивной полоски. У мышей и других млекопитающих эта структура известна как передняя висцеральная энтодерма (ПВЭ). [17] ПВЭ мигрирует из висцеральной энтодермы (гипобласта). [18] Гипобласт также играет важную роль в регуляции образования полосок. Удаление гипобласта у цыпленка приводит к появлению правильно сформированных эктопических полосок, что говорит о том, что гипобласт служит для ингибирования образования примитивной полоски. [19]

Сигнальные пути

Формирование первичной полоски регулируется сложной сетью сигнальных путей.

Формирование первичной полоски у цыпленка строго регулируется сложной сетью сигнальных путей . Для этого процесса требуется активация различных секретируемых факторов (Vg1, Nodal , Wnt8C , FGF8 и Chordin ) и факторов транскрипции ( Brachyury и Goosecoid ), прилегающих к месту формирования полоски. [20] [21] [22] [23] [19]

Сигнализация Vg1 и Wnt

Аналогично, неправильная экспрессия Vg1 ( член семейства трансформирующего фактора роста бета (TGF-β)) и трансплантаты задней краевой зоны [16] у цыплят также могут вызывать эктопические полосы, но только в пределах краевой зоны эмбриона [22] , что указывает на специфическую характеристику этой области в ее способности вызывать образование полос. Несколько линий доказательств указывают на экспрессию Wnt как на детерминанту этой способности. Делеция Wnt3 у эмбрионов мышей приводит к отсутствию образования полос, аналогично фенотипу эмбрионов с мутацией B-катенина . [24] Кроме того, мутация внутриклеточного отрицательного регулятора сигнализации Wnt, Axin , [25] и неправильная экспрессия куриного cWnt8C [26] вызывают множественные полосы у эмбрионов мышей. Локализация Wnt и компонентов его пути, Lef1 и B-катенина, дополнительно подтверждает роль индукции полос в краевой зоне. [22] Кроме того, он выражается в виде градиента, уменьшающегося от задней части к передней, [22] [23] что соответствует способности краевой зоны вызывать полосу. Неправильная экспрессия Vg1 или Wnt1 по отдельности не смогла вызвать эктопическую полосу у цыпленка, но вместе их неправильная экспрессия привела к образованию эктопической полоски, подтверждая, что способность индукции полос в задней краевой зоне может быть отнесена к сигналу 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 полос [22], демонстрируя важность активности Wnt в формировании эктопических полос, вызванных Vg1, и, следовательно, ее роль в нормальном формировании примитивной полоски.

Узловая сигнализация

Nodal , известный мезодермальный индуктор семейства трансформирующих факторов роста бета (семейство TGFB), [19] был вовлечен в формирование полос. Эмбрионы мышей, мутантные по Nodal, не гаструлируют и лишены большей части мезодермы, [27] но, помимо того, что он играет роль в индукции мезодермы, Nodal регулирует индукцию и/или поддержание первичной полоски. [27] В присутствии гипобласта Nodal не способен индуцировать эктопические полоски у эмбриона цыпленка, в то время как его удаление индуцирует экспрессию Nodal, Chordin и Brachyury, [19] предполагая, что гипобласт должен оказывать определенное ингибирующее действие на сигнализацию Nodal. Действительно, многофункциональный антагонист сигнализации Nodal, Wnt и BMP, Cerberus (вырабатываемый в гипобласте) и Cerberus-Short (который ингибирует только Nodal), посредством своего влияния на сигнализацию Nodal ингибирует формирование полосок. [19] В конце концов, гипобласт смещается вперед движущимся эндобластом, что позволяет формировать полоски на заднем конце. На переднем конце наличие гипобласта и секретируемых им антагонистов, таких как Cerberus, подавляет экспрессию Nodal и, следовательно, ограничивает формирование полосок только на заднем конце. [19] Подобно гипобласту у цыпленка, AVE у мыши секретирует два антагониста сигнализации Nodal, Cerberus-подобные, Cerl и Lefty1 . [19] [28] У мыши двойные мутанты Cer-/-; Lefty1-/- развивают множественные полоски [17] , на что указывает эктопическая экспрессия Brachyury, и могут быть частично устранены путем удаления одной копии гена Nodal. [17] У мыши AVE ограничивает формирование полосок посредством избыточных функций Cer1 и Lefty1, которые отрицательно регулируют сигнализацию Nodal. [17] Роль AVE мыши в обеспечении формирования одной примитивной полоски эволюционно сохраняется в гипобласте цыпленка. [17] [19]

Сигнализация FGF

Другим важным путем модуляции формирования первичной полоски является FGF , который, как полагают, работает вместе с Nodal, регулируя этот процесс. [29] Ингибирование сигнализации FGF посредством экспрессии доминантного отрицательного рецептора с использованием ингибитора рецептора FGF (SU5402) или истощения лигандов FGF ингибирует формирование мезодермы [7], а это, в свою очередь, ингибирует формирование полоски. [8] Кроме того, формирование эктопической полоски, вызванное Vg1, требовало сигнализации FGF. [29]

Сигнализация BMP

Наконец, сигнализация BMP также важна для регулирования процесса формирования полос в эмбрионе цыпленка. Место формирования полос характеризуется низким уровнем сигналов BMP, в то время как остальная часть эпибласта демонстрирует высокий уровень активации BMP. [30] Кроме того, неправильная экспрессия BMP4 или BMP7 предотвращает формирование полос, в то время как ингибитор BMP Chordin вызывает эктопическое формирование полос у цыпленка, [31] что позволяет предположить, что формирование полос, вероятно, требует ингибирования BMP.

Этические последствия

Первичная полоска является важным понятием в биоэтике , где некоторые эксперты утверждают, что эксперименты с человеческими эмбрионами допустимы, но только до того, как разовьется первичная полоска, как правило, около четырнадцатого дня существования. Развитие первичной полоски воспринимается такими биоэтиками как знак создания уникального человеческого существа. [32] В некоторых странах незаконно развивать человеческий эмбрион более 14 дней вне тела женщины. [33]

Смотрите также

Дополнительные изображения

Ссылки

  1. ^ «Определение AMNIOTE». www.merriam-webster.com . Получено 11 мая 2022 г. .
  2. ^ ab Wolpert, Lewis (2015). Принципы развития (Пятое изд.). Оксфорд, Великобритания. стр. 113. ISBN 9780199678143.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  3. ^ ab Schoenwolf, Gary C. (2015). Человеческая эмбриология Ларсена (Пятое изд.). Филадельфия, Пенсильвания. С. 57. ISBN 9781455706846.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  4. ^ ab Standring, Susan (2016). Анатомия Грея: анатомическая основа клинической практики (сорок первое изд.). [Филадельфия]. стр. 181. ISBN 9780702052309.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  5. ^ abcd Микава Т., Пох А. М., Келли КА, Ишии И., Риз Д. Э. (2004). «Индукция и формирование паттерна первичной полоски, организующего центра гаструляции в амниоте». Dev Dyn . 229 (3): 422–32. doi : 10.1002/dvdy.10458 . PMID  14991697. S2CID  758473.
  6. ^ ab Downs KM (2009). «Загадочная примитивная полоска: преобладающие представления и проблемы, касающиеся оси тела млекопитающих». BioEssays . 31 (8): 892–902. doi :10.1002/bies.200900038. PMC 2949267. PMID  19609969 . 
  7. ^ abc Chuai M, Zeng W, Yang X, Boychenko V, Glazier JA, Weijer CJ (2006). «Движение клеток во время формирования первичной полоски цыпленка». Dev. Biol . 296 (1): 137–49. doi :10.1016/j.ydbio.2006.04.451. PMC 2556955. PMID  16725136 . 
  8. ^ abcdefgh Chuai M, Weijer CJ (2008). «Механизмы, лежащие в основе формирования примитивной полоски у куриного эмбриона». Curr Top Dev Biol . Текущие темы в биологии развития. 81 : 135–56. doi :10.1016/S0070-2153(07)81004-0. ISBN 978-0-12-374253-7. PMID  18023726.
  9. ^ abcd Шенвольф, Гэри К. (2015). Человеческая эмбриология Ларсена (Пятое изд.). Филадельфия, Пенсильвания. С. 78–80. ISBN 9781455706846.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  10. ^ Мур, Кит Л.; Персо, TVN; Торкиа, Марк Г. (2018). «4 - Третья неделя развития человека». Развивающийся человек (11-е изд.). Сондерс . стр. 47–63. ISBN 9780323611541.
  11. ^ Standring, Susan (2020). "10 - Популяции клеток при гаструляции". Gray's Anatomy (42-е изд.). Elsevier . стр. 188–195. ISBN 9780702077050.
  12. ^ ab Cui C, Yang X, Chuai M, Glazier JA, Weijer CJ (2005). «Анализ моделей потока тканей во время формирования первичной полоски у куриного эмбриона». Dev. Biol . 284 (1): 37–47. doi : 10.1016/j.ydbio.2005.04.021 . PMID  15950214.
  13. ^ Saadaoui, M; Rocancourt, D; Roussel, J; Corson, F; Gros, J (24 января 2020 г.). «Растяжимое кольцо управляет потоками тканей, формируя гаструлирующий эмбрион амниоты». Science . 367 (6476): 453–458. Bibcode :2020Sci...367..453S. doi : 10.1126/science.aaw1965 . PMID  31974255. S2CID  92787648.
  14. ^ Хатада Y, Стерн CD (1994). «Карта судьбы эпибласта раннего куриного эмбриона». Развитие . 120 (10): 2879–89. doi :10.1242/dev.120.10.2879. PMID  7607078.
  15. ^ Микава, Такаши; Пох, Алиса М.; Келли, Кристин А.; Ишии, Ясуо; Риз, Дэвид Э. (2004). «Индукция и формирование первичной полоски как центра организации гаструляции у амниот». Динамика развития . 229 (3): 422–432. doi : 10.1002/dvdy.10458 . PMID  14991697. S2CID  758473.
  16. ^ abc Ханер О, Эял-Гилади Х (1989). «Маргинальная зона цыпленка и формирование примитивной полоски. I. Координационный эффект индукции и торможения». Dev. Biol . 134 (1): 206–14. doi :10.1016/0012-1606(89)90090-0. PMID  2731648.
  17. ^ abcdef Perea-Gomez A, Vella FD, Shawlot W, Oulad-Abdelghani M, Chazaud C, Meno C, Pfister V, Chen L, Robertson E, Hamada H, Behringer RR, Ang SL (2002). «Узловые антагонисты в передней висцеральной энтодерме предотвращают образование множественных примитивных полосок». Dev Cell . 3 (5): 745–56. doi : 10.1016/S1534-5807(02)00321-0 . PMID  12431380.
  18. ^ Гилберт, Скотт Ф. (2006). Биология развития (8-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates Publishers. стр. 358. ISBN 9780878932504.
  19. ^ abcdefgh Bertocchini F, Stern CD (2002). «Гипобласт куриного эмбриона позиционирует первичную полоску, противодействуя узловой сигнализации». Dev Cell . 3 (5): 735–44. doi : 10.1016/S1534-5807(02)00318-0 . PMID  12431379.
  20. ^ Shah SB, Skromne I, Hume CR, Kessler DS, Lee KJ, Stern CD, Dodd J (1997). «Неправильная экспрессия гена Vg1 у цыплят в краевой зоне индуцирует образование примитивной полоски». Development . 124 (24): 5127–38. doi :10.1242/dev.124.24.5127. PMID  9362470.
  21. ^ Бачварова РФ, Скромне И, Стерн CD (1998). «Индукция первичной полоски и узелка Гензена задней краевой зоной у раннего куриного эмбриона». Развитие . 125 (17): 3521–34. doi :10.1242/dev.125.17.3521. PMID  9693154.
  22. ^ abcdef Skromne I, Stern CD (2001). «Взаимодействие между сигнальными путями Wnt и Vg1 инициирует формирование первичной полоски у куриного эмбриона». Development . 128 (15): 2915–27. doi :10.1242/dev.128.15.2915. PMID  11532915.
  23. ^ ab Skromne I, Stern CD (2002). "Иерархия экспрессии генов, сопровождающая индукцию первичной полоски Vg1 в эмбрионе цыпленка". Mech. Dev . 114 (1–2): 115–8. doi : 10.1016/S0925-4773(02)00034-5 . PMID  12175495.
  24. ^ Liu P, Wakamiya M, Shea MJ, Albrecht U, Behringer RR, Bradley A (1999). «Требование Wnt3 при формировании оси позвоночника». Nat. Genet . 22 (4): 361–5. doi :10.1038/11932. PMID  10431240. S2CID  22195563.
  25. ^ Zeng L, Fagotto F, Zhang T, Hsu W, Vasicek TJ, Perry WL 3rd, Lee JJ, Tilghman SM, Gumbiner BM, Costantini F (1997). "Мышиный Fused locus кодирует Axin, ингибитор сигнального пути Wnt, который регулирует формирование эмбриональной оси". Cell . 90 (1): 181–92. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80324-4 . PMID  9230313.
  26. ^ Pöpperl H, Schmidt C, Wilson V, Hume CR, Dodd J, Krumlauf R, Beddington RS (1997). «Неправильная экспрессия Cwnt8C у мышей вызывает эктопическую эмбриональную ось и вызывает усечение передней нейроэктодермы». Development . 124 (15): 2997–3005. doi :10.1242/dev.124.15.2997. PMID  9247341.
  27. ^ ab Conlon FL, Lyons KM, Takaesu N, Barth KS, Kispert A, Herrmann B, Robertson EJ (1994). «Основное требование для узловой в формировании и поддержании первичной полоски у мыши». Development . 120 (7): 1919–28. doi :10.1242/dev.120.7.1919. PMID  7924997.
  28. ^ C Perea-Gomez A, Rhinn M, Ang SL (2001). «Роль передней висцеральной энтодермы в ограничении задних сигналов у эмбриона мыши». Int J Dev Biol . 45 (1): 311–20. PMID  11291861.
  29. ^ ab Bertocchini F, Skromne I, Wolpert L, Stern CD (2004). «Определение эмбриональной полярности в регуляторной системе: доказательства последовательного действия эндогенных ингибиторов во время формирования первичной полоски у куриного эмбриона». Development . 131 (14): 3381–90. doi : 10.1242/dev.01178 . PMID  15226255. S2CID  942758.
  30. ^ Форе С., де Санта-Барбара П., Робертс Д.Дж., Уитман М. (2002). «Эндогенные паттерны сигнализации BMP во время раннего развития цыплят». Dev. Biol . 244 (1): 44–65. doi : 10.1006/dbio.2002.0579 . PMID  11900458.
  31. ^ Streit A, Lee KJ, Woo I, Roberts C, Jessell TM, Stern CD (1998). «Хордин регулирует развитие первичной полоски и стабильность индуцированных нервных клеток, но недостаточен для нейронной индукции в курином эмбрионе». Development . 125 (3): 507–19. doi :10.1242/dev.125.3.507. PMID  9425145.
  32. ^ «Президентский совет по биоэтике, клонированию человека и человеческому достоинству: этическое расследование. Глава 6». Июль 2002 г.
  33. ↑ Министерство здравоохранения и старения правительства Австралии, 22 декабря 2008 г.