Hřbetní ret - Dorsal lip

The hřbetní ret blastopore je struktura, která se formuje během raného období embryonální vývoj a je důležitý pro jeho roli při organizování zárodečné vrstvy.[1] Hřbetní ret se tvoří během raného období gastrulace jako skládání tkáň podél evoluční mezní zóna z blastocoel tvoří otvor známý jako blastopore.[2] To je zvláště důležité pro jeho roli v neurální indukce prostřednictvím výchozího modelu, kde signalizace z dorzálního rtu chrání oblast epiblast stát se pokožka, což mu umožňuje rozvíjet se do výchozího stavu nervová tkáň.[3]

Obrázek 1: Mangoldův experiment s transplantací hřbetního rtu u Xenopus prokázal, že transplantovaný hřbetní ret by mohl vyvolat tvorbu dvojité osy v novém hostitelském embryu a posílit dostatečnost hřbetního rtu v neurální indukci (A). Injekce extrahované mRNA z dorzálního rtu do ozářených embryí Xenopus zachránila neurální indukci a celkový vývoj prokazující genetický základ neurální indukce (B). Vytvoření cDNA knihoven z extrahované mRNA dorzálního rtu identifikovalo kandidátské geny, které mohou být zodpovědné za neurální indukci. Jeden takový kandidátský gen, noggin, je dostatečný pro záchranu vývoje ozářených embryí, když je injikována jeho mRNA (C).

Objev

Hřbetní ret označuje část tkáně umístěnou v místě prvního invaginace ve vývoji pregastula a rozumí se, že působí jako neurální induktor na počátku embryo stejně jako celkový organizátor celku osa těla[1]. Včasné transplantační experimenty ve vývoji embryí prokázaly, že různé vrstvy embrya byly izolovány a transplantovány dříve gastrulace versus po gastrulaci by se vyvinul do výrazně odlišných zralých tkání. Dr. Hans Spemann zaznamenal tento jev a předpokládal, že tkáňové přesmyky, ke kterým došlo během gastrulace musí nějak souviset s kontrolou osudu vyvíjející se tkáně v embryu[4]. Jeho výzkum se zaměřil na hřbetní ret jako jejich možného organizátora specifikace osudu se mění, protože se jedná o první strukturu, která se během gastrulace. Transplantace hřbetního rtu z a Xenopus embryo do břišní oblast jiného hostitelského embrya prokázala, že celá sekundární osa by se vytvořilo pomocí vlastního hostitelského embrya tkáň, což naznačuje jasnou roli hřbetního rtu jako nervového induktoru a organizátoru[5]. Hřbetní ret vyvíjejícího se gastrula byl tedy označen jako Organizátor Spemann-Mangold za svou roli v neurální indukce a organizace vývoje nervových tkání.

Zájem se poté přesunul k identifikaci chemikálie mechanismy, které jsou základem funkce organizátoru hřbetního rtu. Budoucí experimenty využívající sérii injekcí dorzálního rtu mRNA do ozářeno embrya prokázala, že hřbetní ret obsahoval genetické faktory které byly dostatečné pro neurální indukci. Další vyšetřování dokázala identifikovat konkrétní faktory, jako je člun ze dřeva a chordin jako genetické faktory v hřbetním rtu, které jsou rozhodující pro správné neurální vývoj.[6]

Genetické informace pro neurální indukci

Experimenty k identifikaci genetického základu pro neurální indukci byly prováděny vystavením Xenopus embrya UV záření, což způsobuje jejich vývoj bez hlavy.[7] Dr. Richard Harland a dr. William Smith extrahuje mRNA z dorzálního rtu normálně se vyvíjejícího Xenopus embrya, která byla poté injikována do embryí vyzařovaných UV zářením, aby se zjistilo, zda lze zachránit normální vývoj hlavy.[8][7] Tyto experimenty to určily člun ze dřeva mRNA může vyvolat normální hlavu a mozek rozvoj, a že zvyšující se úrovně člun ze dřeva mít za následek větší mozkové struktury a případně sekundární osu.[9]

Podobné experimenty v laboratoři Dr. Edward DeRobertis identifikoval to chordin cDNA může také vyvolat sekundární osu, což naznačuje, že v genech kódujících neurální vývoj existuje redundance.[10] Vyzkoušet, zda pouze jeden nebo oba geny jsou vyžadovány pro neurální indukci, geneticky modifikovaný knockout myši byly použity. Myši, které měly buď člun ze dřeva gen nebo chordin Vymazaný gen se vyvinul bez některých struktur hlavy, jako jsou uši, ale měl obecně neporušený vývoj.[11] Myši, které měly dvojí knockout jak noggin, tak chordin, se však vyvinuly bez mozku, což dokazuje, že existuje mnoho genů přispívajících k podobným funkcím nervového vývoje.[11]

Jiná sada studií identifikovala ještě další molekulu, follistatin, který je zapojen do neurální indukce. To byl výsledek práce Doug Melton a Ali Hemmati-Brivanlou, kteří studovali funkci aktivin, a signální molekula na které působí TGF-β receptory.[5] Zjistili, že tím mutovat the receptor aktivinu tkáň, z níž by se normálně vyvinula pokožka místo toho se stává nervovou tkání.[12] To poskytlo pohled na signální mechanismus nervové indukce, protože se ukázalo, že inhibice receptorů TGF-p vede k tvorbě nervové tkáně.[13][14] Follistatin byl identifikován jako TGF-p Inhibitor a později se ukázalo, že chordin i noggin inhibují společně s follistatinem kostní morfogenní proteiny (BMP) z aktivace TGF-p.[6] Prostřednictvím tohoto signalizačního mechanismu chrání hřbetní blast blastopóru tkáň před stáním pokožka, což umožňuje výchozí tvorbu nervové tkáně[15]

Tvorba hřbetního rtu

Před strukturní tvorbou hřbetního rtu nastane další signalizační centrum známé jako Centrum Nieuwkoop, který se nachází ve vegetační oblasti rozvojové blastocoel, je odpovědný za organizaci vzory polarity potřebné k vytvoření hřbetního rtu. Bylo zjištěno, že centrum Nieuwkoop je odpovědné za ustavení dorzoventrální polarity Wnt /GSK /beta-katenin[16]. Tento dorsalizační signál umožňuje Spemann organizátor usadit se v dorzálních marginálních buňkách, kde se vytvoří budoucí místo dorzálního rtu a blastoporu.

Reference

  1. ^ A b Arias, Alfonso Martinez; Steventon, Ben (01.03.2018). „O povaze a funkci organizátorů“. Rozvoj. 145 (5): dev159525. doi:10.1242 / dev.159525. ISSN  0950-1991. PMC  5868996. PMID  29523654.
  2. ^ Hemmati-Brivanlou, Ali; Melton, Douglas (01.01.1997). „Embryonální buňky obratlovců se stanou nervovými buňkami, pokud nebude řečeno jinak“. Buňka. 88 (1): 13–17. doi:10.1016 / S0092-8674 (00) 81853-X. ISSN  0092-8674. PMID  9019398. S2CID  18056689.
  3. ^ Levine, Ariel J .; Brivanlou, Ali H. (2007-08-15). „Návrh modelu nervové indukce savců“. Vývojová biologie. 308 (2): 247–256. doi:10.1016 / j.ydbio.2007.05.036. ISSN  0012-1606. PMC  2713388. PMID  17585896.
  4. ^ Sanes, Dan Harvey (2012). Vývoj nervového systému. Reh, Thomas A., Harris, William A. (William Anthony) (3. vydání). Amsterdam: Elsevier. p. 9. ISBN  978-0-12-374539-2. OCLC  667213240.
  5. ^ A b Stern, Claudio D. (2005-05-01). „Neurální indukce: starý problém, nová zjištění, ještě další otázky“. Rozvoj. 132 (9): 2007–2021. doi:10,1242 / dev.01794. ISSN  0950-1991. PMID  15829523.
  6. ^ A b Chitnis, A .; Kintner, C. (1995). "Neurální indukce a neurogeneze v embryích obojživelníků". Pohledy na vývojovou neurobiologii. 3 (1): 3–15. ISSN  1064-0517. PMID  8542254.
  7. ^ A b Sanes, Dan Harvey (2012). Vývoj nervového systému. Reh, Thomas A., Harris, William A. (William Anthony) (3. vydání). Amsterdam: Elsevier. p. 11. ISBN  978-0-12-374539-2. OCLC  667213240.
  8. ^ Hemmati-Brivanlou, Ali; Melton, Douglas (01.01.1997). „Embryonální buňky obratlovců se stanou nervovými buňkami, pokud nebude řečeno jinak“. Buňka. 88 (1): 13–17. doi:10.1016 / S0092-8674 (00) 81853-X. ISSN  0092-8674. PMID  9019398. S2CID  18056689.
  9. ^ Guille, Matthew (1999). Molekulární metody ve vývojové biologii: Xenopus a Zebrafish. Totowa, New Jersey: Humana Press. p. 27. ISBN  978-0-89603-790-8.
  10. ^ Sasai, Yoshiki; Lu, Bin; Steinbeisser, Herbert; Geissert, Douglas; Gont, Linda K .; De Robertis, Eddy M. (02.12.1994). „Xenopus chordin: Román dorzalizujícího faktoru aktivovaného geny homeoboxu specifickými pro organizéry“. Buňka. 79 (5): 779–790. doi:10.1016 / 0092-8674 (94) 90068-X. ISSN  0092-8674. PMC  3082463. PMID  8001117.
  11. ^ A b Sanes, Dan Harvey (2012). Vývoj nervového systému. Reh, Thomas A., Harris, William A. (William Anthony) (3. vydání). Amsterdam: Elsevier. p. 15. ISBN  978-0-12-374539-2. OCLC  667213240.
  12. ^ Rogers, Crystal; Moody, Sally A .; Casey, Elena (11.9.2009). „Neurální indukce a faktory, které stabilizují neurální osud“. Výzkum vrozených vad Část C: Embryo dnes: recenze. 87 (3): 249–262. doi:10.1002 / bdrc.20157. ISSN  1542-975X. PMC  2756055. PMID  19750523.
  13. ^ Muñoz-Sanjuán, Ignacio; Brivanlou, Ali H. (04.04.2002). "Neurální indukce, výchozí model a embryonální kmenové buňky". Recenze přírody Neurovědy. 3 (4): 271–280. doi:10.1038 / nrn786. ISSN  1471-0048. PMID  11967557. S2CID  23551830.
  14. ^ Weinstein, Daniel; Hemmati-Brivanlou, Ali (1999). "Neurální indukce". Roční přehled buněčné a vývojové biologie. 15: 411–433. doi:10.1146 / annurev.cellbio.15.1.411. PMID  10611968.
  15. ^ Levine, Ariel J .; Brivanlou, Ali H. (2007-08-15). „Návrh modelu nervové indukce savců“. Vývojová biologie. 308 (2): 247–256. doi:10.1016 / j.ydbio.2007.05.036. ISSN  0012-1606. PMC  2713388. PMID  17585896.
  16. ^ Carron, Clémence; Shi, De-Li (2016). "Specifikace předozadní osy kombinační signalizací během vývoje Xenopus". Wiley Interdisciplinární hodnocení. Vývojová biologie. 5 (2): 150–168. doi:10,1002 / wdev.217. ISSN  1759-7692. PMID  26544673. S2CID  13504185.