Prymitywna passa
| Prymitywna smuga | |
|---|---|
| |
| Detale | |
| etap Carnegie'go | 6b |
| Dni | 15 |
| Identyfikatory | |
| łacina | linia pierwotna |
| Siatka | D054240 |
| Terminologia anatomiczna | |
Prymitywna smuga to struktura, która tworzy się we wczesnym zarodku w owodniowcach . U płazów równoważną strukturą jest blastopor . Podczas wczesnego rozwoju embrionalnego dysk embrionalny staje się owalny, a następnie gruszkowaty, z szerokim końcem skierowanym do przodu i węższym obszarem wystającym do tyłu. Prymitywna smuga tworzy podłużną strukturę linii środkowej w węższym tylnym (ogonowym) obszarze rozwijającego się zarodka po jego stronie grzbietowej. Podczas pierwszego formowania prymitywna smuga rozciąga się na połowę długości zarodka. W embrionie ludzkim pojawia się to w stadium 6 , około 17 dni.
Prymitywna smuga ustanawia dwustronną symetrię , określa miejsce gastrulacji i inicjuje tworzenie listka zarodkowego . Aby utworzyć prymitywną smugę, mezenchymalne komórki macierzyste są rozmieszczone wzdłuż przyszłej linii środkowej, ustanawiając drugą oś embrionalną i miejsce, w którym komórki będą wchodzić i migrować podczas procesu gastrulacji i tworzenia listka zarodkowego.
Prymitywna smuga rozciąga się przez tę linię środkową i tworzy osie ciała lewa-prawa i czaszkowo-ogonowa. Gastrulacja obejmuje wnikanie mezodermy i ich migrację do ich ostatecznej pozycji, gdzie będą różnicować się w listek zarodkowy mezodermy, który wraz z listkami zarodkowymi endodermy i ektodermy da początek wszystkim tkankom dorosłego organizmu.
Struktura
Epiblast , pojedyncza warstwa nabłonkowa krążka dwuwarstwowego zarodka , jest źródłem całego materiału embrionalnego w owodniowcach , a niektóre z jego komórek dadzą początek prymitywnej smugi. U płazów równoważną strukturą jest blastopor . Prymitywna smuga tworzy podłużną strukturę linii środkowej w węższym obszarze ogonowym (tylnym) rozwijającego się zarodka po jego stronie grzbietowej. Podczas pierwszego formowania prymitywna smuga rozciąga się na połowę długości zarodka. W embrionie ludzkim pojawia się to przez Etap Carnegie 6 , około 17 dni.
W kierunku doczaszkowego (przedniego) końca krążka prymitywna smuga rozszerza się do obszaru zwanego prymitywnym węzłem , który jest organizatorem gastrulacji . U ptaków, w tym piskląt, ten węzeł organizujący nazywa się węzłem Hensena . U płazów , u których został po raz pierwszy zidentyfikowany, jest znany jako organizator Spemanna-Mangolda .
Pośrodku węzła znajduje się koliste zagłębienie zwane jamą pierwotną . Prymitywny dół rozciąga się w kierunku końca ogonowego w wąskim zagłębieniu w prymitywnej smugi zwanej prymitywnym rowkiem . Bruzda jest tworzona przez fałdowanie się komórek epiblastycznych .
Po pojawieniu się i utworzeniu węzła, wgłębienia i rowka, smuga zaczyna się cofać ku ogonowi. Około 20 dnia w zarodku ludzkim pozostałe części pasma powiększają się, tworząc masę komórek ogonowych w linii środkowej , zwaną pączkiem ogona lub wyniosłością ogonową . Również w tym czasie struna grzbietowa rozwija się czaszkowo z prymitywnego węzła. Do 22 dnia prymitywna smuga cofnęła się do 10 do 20% długości zarodka, a do 26 dnia najwyraźniej zniknęła.
Tworzenie
Zarodek kurzy jako organizm modelowy dostarczył wielu informacji na temat powstawania prymitywnej smugi . W blastuli pisklęcia jej tworzenie obejmuje skoordynowany ruch i ponowne rozmieszczenie komórek w epiblastu. Dwa przeciwbieżne przepływy komórek spotykają się na tylnym końcu, gdzie tworzy się smuga. W centrum tych przepływów ruch jest niewielki, podczas gdy największy ruch obserwuje się na obrzeżach wirów. Ruchy wirowe, przyrównane do ruchu poloneza , są kluczowe dla powstania prymitywnej smugi. Nakładanie się komórek Sierp Kollera na tylnym końcu zarodka kurczęcia przesuwa się w kierunku linii środkowej, spotyka się i zmienia kierunek w kierunku środka epiblastu. Komórki z bocznej tylnej strefy brzeżnej zastępują te komórki, które opuściły sierp Kollera, spotykając się w środku tego regionu, zmieniając kierunek i rozciągając się do przodu. Gdy te komórki poruszają się i koncentrują na tylnym końcu zarodka, smuga przechodzi jedno- do wielowarstwowego przejścia nabłonka, co czyni ją makroskopowo widoczną strukturą. Kilka mechanizmów, w tym aktywna proliferacja, zorientowany podział komórek , interkalacja komórka-komórka i chemotaktyczny ruch komórek, zostały zaproponowane w celu wyjaśnienia natury ruchów komórkowych wymaganych do utworzenia prymitywnej smugi.
Strefa brzeżna zarodka kurzego zawiera komórki , które przyczynią się do powstania smugi. Region ten ma określony gradient od przodu do tyłu w swojej zdolności do indukowania prymitywnej smugi, przy czym tylny koniec ma najwyższy potencjał. Wszystkie komórki epiblastu mogą reagować na sygnały ze strefy brzeżnej, ale gdy dany region zostanie zaindukowany tymi sygnałami i utworzy się smuga, pozostałe komórki epiblastu przestają reagować na te sygnały indukcyjne i zapobiegają tworzeniu się kolejnej smugi .
Podstawą epiblastu jest hipoblast , z którego pochodzi tkanka pozazarodkowa. U piskląt brak hipoblastu skutkuje wieloma smugami, co sugeruje, że jego obecność jest ważna dla regulacji powstawania pojedynczej prymitywnej smugi. U myszy i innych ssaków ta struktura jest znana jako przednia endoderma trzewna (AVE). AVE migruje z endodermy trzewnej (hipoblast). Hipoblast odgrywa również ważną rolę w regulacji powstawania smug. Usunięcie hipoblastu u pisklęcia skutkuje prawidłowym ukształtowaniem ektopii smugi, co sugeruje, że hipoblast służy do hamowania powstawania prymitywnej smugi.
Szlaki sygnalizacyjne
Tworzenie prymitywnej smugi u pisklęcia jest w dużym stopniu regulowane przez złożoną sieć szlaków sygnałowych . Do tego procesu wymagana jest aktywacja różnych czynników sekrecyjnych (Vg1, Nodal , Wnt8C , FGF8 i Chordin ) oraz czynników transkrypcyjnych ( Brachyury i Goosecoid ) sąsiadujących z miejscem powstawania smug.
Sygnalizacja Vg1 i Wnt
Podobnie, błędna ekspresja Vg1 ( członek rodziny transformującego czynnika wzrostu beta (TGF-β)) i przeszczepy tylnej strefy brzeżnej u piskląt mogą również indukować smugi ektopowe, ale tylko w strefie brzeżnej zarodka, co wskazuje na specyficzną cechę tego regionu w swojej zdolności do wywoływania powstawania smug. Kilka linii dowodów wskazuje na ekspresję Wnt jako wyznacznik tej zdolności. Delecja Wnt3 w zarodkach myszy skutkuje brakiem tworzenia się smug, podobnie jak fenotyp zarodków z mutacją B-kateniny . Ponadto mutacja wewnątrzkomórkowego ujemnego regulatora sygnalizacji Wnt, Axin , a błędna ekspresja pisklęcia cWnt8C powoduje powstanie wielu smug w embrionach myszy. Lokalizacja Wnt i składników jego szlaku, Lef1 i B-katenina, dodatkowo wspiera rolę indukującą smugi w strefie brzeżnej. Ponadto wyraża się to jako gradient zmniejszający się od tylnego do przedniego, odpowiadający zdolności strefy brzeżnej do indukowania smug. Błędna ekspresja samego Vg1 lub Wnt1 nie wywołała ektopowej smugi u pisklęcia, ale razem ich błędna ekspresja spowodowała powstanie ektopowej smugi, potwierdzając, że zdolność wywoływania smug tylnej strefy brzeżnej można przypisać sygnalizacji Wnt i że Vg1 i Wnt muszą współpracować, aby wywołać ten proces. Błędna ekspresja Vg1 wraz z antagonistami Wnt, Crescent lub Dkk-1 , zapobiega tworzeniu się ektopowych smug, wykazując znaczenie aktywności Wnt w tworzeniu ektopowych smug indukowanych przez Vg1, a zatem jej implikację w normalnym prymitywnym tworzeniu smug.
Sygnalizacja węzłowa
Nodal , znany mezodermalny induktor rodziny transformującego czynnika wzrostu beta (rodzina TGFB), jest zaangażowany w tworzenie smug. Zarodki myszy zmutowane dla Nodal nie gastrulują i nie mają większości mezodermy, ale bardziej niż odgrywanie roli w indukcji mezodermy, Nodal reguluje indukcję i / lub utrzymanie prymitywnej smugi. W obecności hipoblastu Nodal nie jest w stanie wywołać ektopowych smug w zarodku kurczęcia, podczas gdy jego usunięcie indukuje ekspresję Nodal, Chordin i Brachyury, co sugeruje, że hipoblast musi mieć pewien wpływ hamujący na sygnalizację Nodal. Rzeczywiście, wielofunkcyjny antagonista sygnalizacji Nodal, Wnt i BMP, Cerberus (wytwarzany w hipoblastach) i Cerberus-Short (który hamuje tylko Nodal), poprzez swój wpływ na sygnalizację Nodal, hamuje powstawanie smug. Ostatecznie hipoblast zostaje przesunięty do przodu przez poruszający się endoblast, umożliwiając tworzenie się smug na tylnym końcu. Na przednim końcu obecność hipoblastu i wydzielanych przez niego antagonistów, takich jak Cerberus, hamuje ekspresję Nodal, a tym samym ogranicza tworzenie się smug tylko do tylnego końca. Podobnie jak hipoblast u kurcząt, AVE u myszy wydziela dwóch antagonistów sygnalizacji węzłowej, cerberopodobnych, Cerl i Lefty1 . U myszy Cer-/-; Podwójne mutanty Lefty1-/- rozwijają wiele smug, na co wskazuje ektopowa ekspresja Brachyury i można je częściowo uratować przez usunięcie jednej kopii genu Nodal. U myszy AVE ogranicza tworzenie się smug poprzez nadmiarowe funkcje Cer1 i Lefty1, które negatywnie regulują sygnalizację węzłową. Rola AVE myszy w zapewnieniu powstania pojedynczej prymitywnej smugi jest ewolucyjnie zachowana w hipoblastach pisklęcia.
Sygnalizacja FGF
Innym ważnym szlakiem w modulowaniu tworzenia prymitywnej smugi jest FGF , który, jak się uważa, współpracuje z Nodal w celu regulacji tego procesu. Hamowanie sygnalizacji FGF poprzez ekspresję dominującego negatywnego receptora, przy użyciu inhibitora receptora FGF (SU5402) lub wyczerpanie ligandów FGF, hamuje tworzenie mezodermy , a to z kolei hamuje tworzenie smug. Ponadto tworzenie ektopowych smug indukowanych przez Vg1 wymagało sygnalizacji FGF.
Sygnalizacja BMP
Wreszcie, sygnalizacja BMP jest również ważna dla regulacji procesu powstawania smug w zarodku kurczęcia. Miejsce powstawania smug charakteryzuje się niskimi sygnałami BMP, podczas gdy reszta epiblastu wykazuje wysoki poziom aktywacji BMP. Ponadto błędna ekspresja BMP4 lub BMP7 zapobiega tworzeniu się smug, podczas gdy inhibitor BMP Chordin indukuje ektopowe tworzenie się smug u piskląt, co sugeruje, że tworzenie się smug prawdopodobnie wymaga hamowania BMP.
Implikacje etyczne
Prymitywna passa jest ważną koncepcją w bioetyce , gdzie niektórzy eksperci argumentowali, że eksperymentowanie z ludzkimi embrionami jest dozwolone, ale tylko przed rozwinięciem się prymitywnej passy, zwykle około czternastego dnia istnienia. Tacy bioetycy uważają rozwój prymitywnej cechy za stworzenie wyjątkowej istoty ludzkiej. W niektórych krajach rozwój embrionu ludzkiego poza ciałem kobiety przez ponad 14 dni jest nielegalny.
Zobacz też
Dodatkowe obrazy
Ludzki zarodek — długość 2 mm. Widok od strony grzbietowej, z otwartą owodnią. X 30.
blastodisc ssaków .
