Asymetria lewa-prawa
Asymetria lewo-prawo ( asymetria LR ) to proces we wczesnym rozwoju embrionalnym , który łamie normalną symetrię w obustronnym zarodku . U kręgowców asymetria lewa-prawa jest ustalana na wczesnym etapie rozwoju w strukturze zwanej organizatorem lewa-prawa (której nazwa różni się w zależności od gatunku) i prowadzi do aktywacji różnych ścieżek sygnałowych po lewej i prawej stronie zarodka. To z kolei powoduje, że kilka narządów u dorosłych rozwija asymetrię LR, taką jak pochylenie serca, różna liczba płatów płucnych po każdej stronie ciała oraz położenie żołądka i śledziony po prawej stronie ciała. Jeśli proces ten nie przebiega prawidłowo u ludzi, może to skutkować zespołami heterotaksji lub situs inversus .
Asymetria LR jest wszechobecna u wszystkich zwierząt , w tym bezkręgowców. Przykłady asymetrii LR bezkręgowców obejmują duże i małe pazury kraba skrzypka , asymetryczne zwijanie jelit u Drosophila melanogaster oraz prawoskrętne (zgodnie z ruchem wskazówek zegara) i sinistralne ( przeciwne do ruchu wskazówek zegara) zwijanie ślimaków . Ta asymetria może być ograniczona do określonego narządu lub cechy, jak w przypadku pazurów kraba, lub może być wyrażona w całym ciele, jak u ślimaków.
Podstawa rozwojowa
Różne gatunki wyewoluowały różne mechanizmy wzorcowania LR. Na przykład rzęski mają kluczowe znaczenie dla tworzenia wzorców LR u wielu gatunków kręgowców, takich jak ludzie, gryzonie, ryby i żaby, ale inne gatunki, takie jak gady, ptaki i świnie, rozwijają asymetrię LR bez rzęsek.
Kręgowce zależne od rzęsek
Nazwa organizatora LR różni się w zależności od gatunku, a zatem obejmuje węzeł u myszy, płytkę dachową gastrocoel u żaby i pęcherzyk Kupffera u danio pręgowanego. W każdym przypadku organizator LR znajduje się na grzbietowej stronie zarodka, a każda komórka organizatora ma pojedynczą rzęskę zlokalizowaną na tylnej stronie komórki. Kombinacja umiejscowienia komórek powierzchni grzbietowej w połączeniu z tylnym położeniem rzęsek sprawia, że gdy rzęski obracają się, tworzą przepływ w lewo przez powierzchnię organizatora. Przepływ powoduje utratę Cerl2 i zwiększenie Nodal ekspresji po lewej stronie organizatora, chociaż toczy się dyskusja, czy dzieje się tak z powodu sygnału chemicznego/białkowego, czy też z powodu fizycznego wyczuwania przepływu przez komórki. W obu przypadkach sygnał jest następnie przenoszony do lewej mezodermy płytki bocznej , gdzie aktywuje dalszą kaskadę sygnalizacyjną genów, w tym Nodal , Pitx2 i Lefty2 .
Kręgowce niezależne od rzęsek
U kurcząt asymetria LR ustala się w strukturze zwanej węzłem Hensena. Uważa się, że w przeciwieństwie do większości innych kręgowców proces ten nie obejmuje rzęsek, ponieważ (i) węzeł Hensena nie ma ruchomych rzęsek oraz (ii) w przeciwieństwie do innych gatunków, mutacje wpływające na tworzenie rzęsek nie powodują defektów boczności u kurczaków. Zamiast tego kury ustanawiają asymetrię LR poprzez asymetryczne przegrupowania komórek, co powoduje ruch komórek w lewo w pobliżu węzła Hensena.
Inne badanie wykazało, że świnie nie mają rzęsek w lewym prawym organizerze, co sugeruje, że świnie mają również alternatywny, niezależny od rzęsek mechanizm ustalania asymetrii LR.
Deuterostomy niebędące kręgowcami
deuterostomach innych niż kręgowce (osłonice, jeżowce). W osłonicy ( ascidian ) Ciona jelit i Halocynthia roretzi , Nodal ulega ekspresji po lewej stronie rozwijającego się zarodka i prowadzi do dalszej ekspresji Pitx2. Na wcześniejszych etapach zgłaszano, że podobne kanały jonowe ATPazy H + / K + są niezbędne do prawidłowego modelowania lewo-prawo. Chociaż rola rzęsek jest nadal niejasna, w jednym badaniu zauważono, że ruchy embrionalne na dużą skalę są wymagane do określenia lewo-prawo u H. roretzi i że ruch ten jest prawdopodobnie osiągany poprzez ruchy rzęsek.
U jeżowca Nodal jest wyrażany po prawej stronie zarodka, w przeciwieństwie do stanu osłonic i kręgowców po lewej stronie. Ponieważ protostomy również wyrażają Nodal po swojej prawej stronie zamiast po lewej (omówione poniżej), niektórzy sugerowali, że dostarcza to dalszych dowodów na hipotezę inwersji grzbietowo-brzusznej .
Protostomy
ekdysozoa
Podczas gdy D. melanogaster i nicienie Caenorhabditis elegans wykazują asymetrię lewa-prawa, sam szlak sygnałowy Nodal jest nieobecny w Ecdysozoa. Zamiast tego stwierdzono, że regulatory cytoszkieletu, takie jak Myo31DF, niekonwencjonalna miozyna typu ID, kontrolują asymetrię lewo-prawo w układach narządów, takich jak narządy płciowe.
Lophotrochozoa
W przeciwieństwie do Ecdysozoa, szlaki Nodal-Pitx2 zostały zidentyfikowane w wielu liniach w obrębie Lophotrochozoans . Geny te, znalezione u ramienionogów i mięczaków, wykazują asymetryczną ekspresję po prawej stronie. Platyhelminthes, annelids i nermeteans nie mają ortologu Nodal i zamiast tego wyrażają tylko Pitx2, który został wyrażony w powiązaniu z układem nerwowym.
Asymetria całego ciała lewo-prawo u ślimaków
Inwersja całego ciała jest obserwowana jako chiralne (prawe, sinistralne) zwijanie się ślimaków. Chociaż zwijanie prawoskrętne jest najczęstsze, ponieważ występuje u 90-99% żywych gatunków, gatunki sinistralne wciąż pojawiały się wiele razy.
Podstawy rozwojowe zwijania skorupy
Ślimaki przechodzą spiralne rozszczepienie , cechę powszechnie spotykaną u lofotrochozoanów. Gdy zarodek się dzieli, kwartety komórek są ustawione względem siebie pod kątem. U ślimaka Lymnaea stagnalis kierunek obrotu podczas pierwszego podziału komórki sygnalizuje, czy dorosły osobnik będzie wykazywał zwinięcie prawoskrętne czy sinistralne. ślimaki. Ponadto wstrzyknięcie L. peregra jaja sinistralne z cytoplazmą jaj prawoskrętnych przed utworzeniem drugiego ciała polarnego odwrócą polaryzację zarodków sinistralnych. Dane te pokazują, że chiralność jest dziedziczna i odkładana przez matkę w Lymnaea .
Rozpoczęto kilka badań mających na celu zbadanie molekularnych podstaw tego dziedziczenia. Nodal i Pitx2 ulegają ekspresji po różnych stronach zarodka L. stagnalis w zależności od jego chiralności – prawy dla prawoskrętnego, lewy dla sinistralnego. Poniżej Nodal, dekapentaplegiczny (dpp), pokazuje ten sam wzór ekspresji. U ślimaków (ślimaków bez zwiniętych muszli) dpp wyraża się symetrycznie u Patella vulgata i Nipponacmea fuscoviridis . Dodatkowo w N. fuscoviridis , dpp Wykazano, że napędza proliferację komórek
Powyżej Nodal, Lsdia1/2 są zaangażowane w kontrolowanie chiralności L. stagnalis . Davison i in. (2016) zmapowali „locus chiralności” do regionu 0,4 Mb i ustalili, że Lsdia2 jest prawdopodobnym kandydatem do określenia zwinięcia prawoskrętnego lub sinistralnego. Jest to gen forminy spokrewniony z przezroczystością, zaangażowany w tworzenie cytoszkieletu. Zarodki dekstralne leczone lekami hamującymi aktywność forminy fenokopiowały stan sinistralny. Jednoczesna praca Kurody i in. (2016) zidentyfikowali ten sam gen Lsdia2 (zwany w swoich badaniach Lsdia1 ), ale nie udało im się odtworzyć wyników hamowania forminy w Davison i in. badanie. Dodatkowo Kuroda i in. (2016) nie stwierdzili asymetrii wyrażonej Lsdia2, jak widać w Davison et al. (2016) badanie.