Sygnalizacja białkowa w rozwoju serca

Ten artykuł dotyczy sygnalizacji białkowej w rozwoju serca. Ogólny przegląd rozwoju serca znajdziesz w artykule Rozwój serca .

Serce jest pierwszym funkcjonalnym organem zarodka kręgowca . Istnieje 5 etapów rozwoju serca .

Etapy rozwoju serca

Inicjacja

Specyfikacja komórek prekursorowych serca: Mezoderma płytki bocznej rozwarstwia się, tworząc dwie warstwy: mezodermę grzbietową somatyczną (ciemieniową) i mezodermę brzuszną trzewną. Komórki prekursorowe serca pochodzą z dwóch obszarów mezodermy splanchnicznej zwanej mezodermą kardiogenną . Komórki te mogą różnicować się w wsierdzie , które wyścieła komorę serca i zastawki oraz mięsień sercowy , który tworzy mięśnie komór i przedsionków.

Komórki serca są określone w przedniej mezodermie przez białka, takie jak białko 1 związane z Dickkopfem , homolog Nodal i Cerberus wydzielane przez przednią endodermę . Przedmiotem badań jest to, czy Dickkopf-1 i Nodal działają bezpośrednio na mezodermę serca, wydaje się jednak, że przynajmniej działają pośrednio, stymulując wytwarzanie dodatkowych czynników z przedniej endodermy. Te wczesne sygnały są niezbędne do powstawania serca, tak że usunięcie przedniej endodermy blokuje tworzenie serca. Endoderma przednia jest również wystarczająca do stymulacji różnicowania serca, ponieważ może indukować niekardiogenną mezodermę z bardziej tylnych miejsc zarodka, tworząc serce.

Wydzielanie inhibitorów Wnt (takich jak Cerberus, Dickkopf i Crescent) przez przednią endodermę zapobiega również hamowaniu tworzenia serca przez Wnt3a i Wnt8 wydzielane przez cewę nerwową. Struna grzbietowa wydziela antagonistów BMP (Chordin i Noggin), aby zapobiec tworzeniu się mezodermy serca w niewłaściwych miejscach.

Inne sygnały kardiogenne, takie jak BMP i FGF, aktywują ekspresję czynników transkrypcyjnych specyficznych dla serca, takich jak białko homeodomenowe Nkx2.5. Nkx2.5 aktywuje szereg dalszych czynników transkrypcyjnych (takich jak MEF2 i GATA), które aktywują ekspresję białek specyficznych dla mięśnia sercowego. Mutacje w Nkx2.5 powodują wady rozwojowe serca i wrodzone wady rozwojowe serca.

Krok 1: Formowanie rurki

Migracja komórek prekursorowych serca i fuzja zawiązków: Komórki prekursorowe serca migrują do przodu w kierunku linii środkowej i łączą się w pojedynczą rurkę serca. Fibronektyna w macierzy zewnątrzkomórkowej kieruje tą migracją. Jeśli to zdarzenie migracji zostanie zablokowane, powstaje rozszczep serca, w którym dwa zawiązki serca pozostają oddzielone. Podczas fuzji rurka serca układa się wzdłuż osi przedniej i tylnej dla różnych obszarów i komór serca.

Otaczający mezokardium ulega degeneracji, pozostawiając prymitywne serce przyczepione jedynie za pomocą końców tętniczych i żylnych, które są anatomicznie przymocowane odpowiednio do łuków gardłowych i przegrody poprzecznej. Rozwijające się serce rurkowe składa się następnie brzusznie i wybrzusza w pięciu obszarach na swojej długości: pierwszy, najbliższy końcowi tętnicy, to pień tętniczy, następnie podąża za opuszką sercową, prymitywną komorą, prymitywnym przedsionkiem i zatoką żylną. Wszystkie pięć embrionalnych rozszerzeń prymitywnego serca rozwija się w dorosłe struktury serca.

Krok 2: Zapętlenie

Rurka serca podlega zapętleniu w prawo, zmieniając polaryzację z przedniej/tylnej na lewą/prawą. Szczegółowy mechanizm jest nieznany, jednak zapętlenie wymaga asymetrycznie zlokalizowanego czynnika transkrypcyjnego Pitx2 . Kierunek asymetrii ustala się znacznie wcześniej podczas rozwoju embrionalnego, prawdopodobnie w wyniku obrotu rzęsek w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, i prowadzi do jednostronnej ekspresji Pitx2. Zapętlanie zależy również od białek specyficznych dla serca aktywowanych przez Nkx2.5, takich jak Hand1 , Hand2 i Xin.

Tworzenie się komór serca: Losy komórek komór serca są scharakteryzowane przed zapętleniem serca, ale można je rozróżnić dopiero po zapętleniu. Ręka 1 jest zlokalizowana w lewej komorze, podczas gdy Ręka 2 jest zlokalizowana w prawej komorze.

Krok 3: Tworzenie przegrody

Prawidłowe umiejscowienie i działanie zastawek ma kluczowe znaczenie dla tworzenia się komór i prawidłowego przepływu krwi. Do tego czasu poduszka wsierdzia służy jako prowizoryczny zawór.

Krok 3(a): Przegroda międzyprzedsionkowa

Prymitywne atrium jest podzielone na dwie części poprzez połączenie kilku struktur. Ze sklepienia pierwotnego przedsionka schodzi przegroda pierwotna , która rośnie w kierunku poduszek wsierdzia w kanale przedsionkowym . Tuż przed połączeniem się przegrody pierwotnej z poduszkami wsierdzia znajduje się tymczasowa przestrzeń zwana otworem pierwotnym. Po ich stopieniu w środku przegrody pierwotnej tworzy się nowy otwór zwany ostium secundum lub foramen secundum . Na prawo od przegrody pierwotnej, a także schodząc z dachu prymitywne atrium , schodzi przez półksiężycową przegrodę zwaną septum secundum . Wolne krawędzie przegrody drugiej tworzą otwór zwany otworem owalnym , który zamyka się po urodzeniu, gdy przegroda pierwotna i druga przegroda łączą się ze sobą, tworząc przegrodę międzyprzedsionkową .

Kanał przedsionkowy z kolei dzieli się na prawą i lewą stronę przegrodą przedsionkowo-komorową, która powstaje w wyniku połączenia grzbietowej i brzusznej poduszki wsierdzia . Prawa strona kanału przedsionkowego stanie się zastawką trójdzielną , a lewa zastawką dwupłatkową .

Wady wytwarzania przegrody AV powodują ubytki przegrody międzyprzedsionkowo-komorowej , w tym przetrwały kanał AV i atrezję trójdzielną .

Krok 3(b): Przegroda komorowa

Dno w linii środkowej komory pierwotnej tworzy przegrodę międzykomorową , dzielącą komorę na dwie części. Przegroda IV rośnie w górę w kierunku poduszki wsierdzia. W miarę wzrostu pojawia się otwór międzykomorowy , który później zamyka się niemięśniową przegrodą IV.

Wady w wytwarzaniu przegrody IV powodują ubytki w przegrodzie międzykomorowej , które łączą obie komory.

Krok 4: Przegroda dróg odpływowych

Pień tętniczy i przylegająca do niego bulwa sercowa oddzielają się za pomocą komórek grzebienia nerwowego . Kiedy komórki grzbietu pnia spotykają się z komórkami grzbietu opuszki, skręcają się wokół siebie spiralnie, łącząc się i tworząc przegrodę aortalno-płucną . To zakończy oddzielanie aorty od pnia płucnego .

Zaburzenia tego procesu nazywane są ubytkami przegrody aortalno-płucnej i powodują przetrwały pień tętniczy , nierówny podział pnia tętniczego, transpozycję wielkich tętnic , zwężenie zastawki aortalnej i płucnej czy tetralogię fallota .

Krok 5: Tworzenie zastawki serca

Tworzą się zastawki serca .

Zaburzenia tego procesu nazywane są wadami zastawkowymi serca .

Linki zewnętrzne

• Interaktywny moduł 3D embriologii serca (wymagany Flash Player 10)
• ] http://php.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Cardiac_Embryology Embriologia serca] na UNSW