Regionální diferenciace - Regional differentiation

tento článek potřebuje další citace pro ověření. Prosím pomozte vylepšit tento článek podle přidávání citací ke spolehlivým zdrojům. Zdroj bez zdroje může být napaden a odstraněn. Najít zdroje: „Regionální diferenciace“  – zprávy  · noviny  · knihy  · učenec  · JSTOR (Srpna 2011) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

V oblasti vývojová biologie, regionální diferenciace je proces, kterým jsou identifikovány různé oblasti ve vývoji raných embryo.^[1] Proces, kterým buňky specifikovat se liší mezi organismy.

Stanovení osudu buňky

Z hlediska vývojového závazku lze buňku buď specifikovat, nebo ji lze určit. Specifikace je první fází diferenciace.^[2] U buňky, která je uvedena, může být její závazek obrácen, zatímco je zjištěný stav nevratný.^[3] Existují dva hlavní typy specifikace: autonomní a podmíněná. Buňka specifikovaná samostatně se vyvine do konkrétního osudu na základě cytoplazmatických determinantů bez ohledu na prostředí, ve kterém se buňka nachází. Podmíněně specifikovaná buňka se vyvine do konkrétního osudu na základě jiných okolních buněk nebo morfogen přechody. Dalším typem specifikace je syncyciální specifikace, charakteristika většiny hmyz třídy.^[2]

Specifikace v mořští ježci používá jak autonomní, tak podmíněné mechanismy k určení přední / zadní osy. Přední / zadní osa leží podél zvířecí / rostlinné osy nastavené během výstřih. Mikromery indukují vznik okolní tkáně endoderm zatímco je specifikováno, že se stanou zvířecí buňky ektoderm. Živočišné buňky nejsou stanoveny, protože mikromery mohou přimět živočišné buňky, aby také přijímaly mezodermální a endodermální osudy. Bylo pozorováno, že β-katenin byl přítomen v jádra na rostlinném pólu blastula. Prostřednictvím řady experimentů jedna studie potvrdila úlohu β-kateninu v buněčné autonomní specifikaci rostlinných buněčných osudů a schopnosti vyvolávat mikromery.^[4] Ošetření LiCl dostatečné k vegetaci embrya mělo za následek zvýšení nukleárně lokalizovaného b-kateninu. Snížení exprese β-kateninu v jádru korelovalo se ztrátou osudu rostlinných buněk. Transplantace mikromer bez jaderné akumulace β-kateninu nebyly schopny vyvolat druhou osu.

Bylo pozorováno, že u molekulárního mechanismu β-kateninu a mikromerů Zářez byl přítomen rovnoměrně na apikálním povrchu rané blastuly, ale byl ztracen v sekundárním mezenchymu buňky (SMC) během pozdní blastuly a obohacené o předpokládané endodermální buňky v pozdní blastule. Pro určení SMC je nezbytný a dostačující zářez. Mikromery exprimují na svém povrchu ligand pro Notch, Delta, aby indukovaly tvorbu SMC.

Vysoké jaderné hladiny b-kateninu jsou výsledkem vysoké akumulace rozcuchaného proteinu na rostlinném pólu vajíčka. rozcuchaný deaktivuje GSK-3 a zabraňuje fosforylace β-kateninu. To umožňuje β-kateninu uniknout degradaci a vstoupit do jádra. Jedinou důležitou rolí β-kateninu je aktivovat transkripce genu Pmar1. Tento gen potlačuje represor, aby umožnil expresi mikromerových genů.

The aborální / orální osa (analogicky k hřbetní / břišní ose u jiných zvířat) je specifikován a uzlový homolog. Tento uzel byl lokalizován na budoucí orální straně embrya. Pokusy potvrdily, že nodal je nezbytný a dostatečný k podpoře rozvoje orálního osudu. Nodal má také roli při formování levé / pravé osy.

Pláštěnky

Pláštěnky byly populární volbou pro studium regionálních specifikací, protože pláštěnky byly prvním organismem, ve kterém byla objevena autonomní specifikace, a pláštěnci evolučně souvisí s obratlovci.

Časná pozorování u pláštěnců vedla k identifikaci žlutého půlměsíce (nazývaného také myoplazma). Tato cytoplazma byla oddělena od budoucích svalových buněk a při transplantaci mohla vyvolat tvorbu svalových buněk. Cytoplazmatický determinant macho-1 byl izolován jako nezbytný a dostatečný faktor pro tvorbu svalových buněk. Podobně jako u mořských ježků byla akumulace b-kateninu v jádrech identifikována jako nezbytná a dostatečná k vyvolání endodermu.

Další dva osudy buněk jsou určeny podmíněnou specifikací. Endoderm vysílá signál růstového faktoru fibroblastů (FGF) ke specifikaci notokordu a osudu mezenchymu. Přední buňky reagují na FGF, aby se nezaznamenaly, zatímco zadní buňky (identifikované přítomností macho-1) reagují na FGF, aby se staly mezenchymem.

Cytoplazma vajíčka určuje nejen osud buněk, ale také určuje hřbetní / ventrální osu. Cytoplazma ve vegetálním pólu specifikuje tuto osu a odstranění této cytoplazmy vede ke ztrátě informací o ose. Žlutá cytoplazma určuje přední / zadní osu. Když se žlutá cytoplazma přesune do zadní části vajíčka a stane se zadní vegetativní cytoplazmou (PVC), je určena přední / zadní osa. Odstranění PVC vede ke ztrátě osy, zatímco transplantace do přední strany osu obrátí.

C. elegans

Ve dvoubuněčném stadiu embryo hlístice C. elegans exponáty mozaikové chování. Existují dvě buňky, buňka P1 a buňka AB. Buňka P1 byla schopna vytvořit všechny své osudové buňky, zatímco buňka AB mohla vytvořit pouze část buněk, které byly určeny k produkci. První dělení tedy dává autonomní specifikaci těchto dvou buněk, ale buňky AB vyžadují podmíněný mechanismus k produkci všech svých osudových buněk.

Linie AB vede k vzniku neuronů, kůže a hltanu. Buňka P1 se dělí na EMS a P2. Buňka EMS se dělí na MS a E. Linie MS vede ke vzniku hltanu, svalů a neuronů. Linie E vede ke vzniku střev. Buňka P2 se dělí na buňky zakladatele P3 a C. Buňky zakladatele C dávají svalové hmotě, kůži a neuronům. Buňka P3 se dělí na zakladatelské buňky P4 a D. Buňky zakladatele D vytvářejí svalovou hmotu, zatímco linie P4 vytváří zárodečnou linii.

• Specifikace osy

Přední / zadní osa je specifikována spermatem na zadní straně. Ve stadiu dvou buněk je přední buňkou buňka AB, zatímco zadní buňkou je buňka P1. Hřbetní / ventrální osa zvířete je nastavena náhodnou pozicí buněk během čtyřbuněčné fáze embrya. Dorzální buňka je buňka ABp, zatímco ventrální buňka je buňka EMS.

• Lokalizace cytoplazmatických determinantů

Autonomní specifikace C. elegans vychází z různých cytoplazmatických determinantů. PAR proteiny jsou zodpovědné za rozdělení těchto determinantů v časném embryu. Tyto proteiny jsou umístěny na okraji zygoty a hrají roli v intracelulární signalizaci. Současný model funkce těchto proteinů spočívá v tom, že způsobují lokální změny v cytoplazmě, které vedou k odlišné akumulaci proteinů v zadní a přední části. Mex-5 se hromadí v přední části, zatímco PIE-1 a P granule (viz níže) se hromadí v zadní části.

• Specifikace zárodečné linie

Granule P byly identifikovány jako cytoplazmatické determinanty. I když jsou rovnoměrně přítomny při oplodnění, stanou se tyto granule lokalizovány v zadní P1 buňce před prvním dělením. Tyto granule jsou dále lokalizovány mezi každým rozdělením na P buňky (např. P2, P3) až po čtvrtém rozdělení, kdy jsou vloženy do buněk P4, které se stanou zárodečnou linií.

• Specifikace buněk EMS a P1

Mezi další proteiny, které pravděpodobně budou fungovat jako lokalizované cytoplazmatické determinanty v linii P1, patří SKN-1, PIE-1 a PAL-1.

SKN-1 je cytoplazmatický determinant, který je lokalizován v buněčné linii P1 a určuje osud buněk EMS. PIE-1 je lokalizován v buněčné linii P2 a je obecným represorem transkripce. SKN-1 je potlačován v buňkách P2 a není schopen specifikovat osud EMS v těchto buňkách. Aby se zabránilo diferenciaci linie zárodečných linií, je nutná represivní aktivita PIE-1.

• Specifikace zakladatelských buněk C a D

PAL-1 je vyžadován k určení osudů zakladatelských buněk C a D (odvozených z linie P2). PAL-1 je však přítomen v EMS i P2. Normálně je aktivita PAL-1 v EMS potlačována SKN-1, ale není potlačována v P2. Zakladatelské buňky C i D závisí na PAL-1, ale k rozlišení C od D je zapotřebí ještě jeden faktor.

• Specifikace linie E.

Specifikace linie E závisí na signálech z P2 do buňky EMS. Součásti Wnt signalizace byli zapojeni a byli jmenováni maminka geny. máma-2 je členem rodiny proteinů Wnt (tj. signál) a máma-5 je členem frizované rodiny proteinů (tj. receptoru).

• Specifikace ABa a ABp

Specifikace ABa a ABp závisí na jiné signalizační události buňka-buňka. Rozdíl mezi těmito dvěma typy buněk spočívá v tom, že ABa vede k přednímu hltanu, zatímco ABp k hltanu nepřispívá. Signál z MS ve 12-buněčném stádiu indukuje hltan v buňkách potomstva ABa, ale ne v potomcích ABp. Signály z buněk P2 brání ABp ve tvorbě hltanu. Bylo zjištěno, že tento signál z P2 je APX-1 v rodině proteinů Delta. Je známo, že tyto proteiny jsou ligandy pro Zářez protein. GLP-1, protein Notch, je také vyžadován pro specifikaci osudu ABp.

Drosophila

Přední / zadní osa

Přední / zadní vzorování Drosophila pocházejí ze tří mateřských skupin genů. Přední skupina vzoruje segmenty hlavy a hrudníku. Zadní skupina vzory břišní segmenty a terminální skupina vzory přední a zadní koncové oblasti zvané Terminalia (akron v přední a telson v zadní).

Geny přední skupiny zahrnují bikoidy. Bicoid funguje jako odstupňovaný morfogenní transkripční faktor, který se lokalizuje do jádra. Hlava embrya se tvoří v bodě nejvyšší koncentrace bikoidů a přední vzor závisí na koncentraci bikoidů. Bicoid funguje jako transkripční aktivátor mezerových genů hrbáč (hb), knoflíková hlavice (btd), prázdných spiracles (ems) a ortodentikál (otd), přičemž působí také na potlačování překladu kaudálu. Odlišná afinita k bikoidům v promotorech genů, které aktivuje, umožňuje aktivaci závislou na koncentraci. Otd má nízkou afinitu k bikoidům, hb má vyšší afinitu, a proto bude aktivován při nižší koncentraci bikoidů. Při lokalizaci bikoidů na přední hrají roli dva další geny přední skupiny, vlaštovka a exuperantia. Bikoid je směrován do přední části pomocí své 3 'nepřekládané oblasti (3'UTR). Mikrotubulární cytoskelet také hraje roli při lokalizaci bikoidů.

Geny zadní skupiny zahrnují nanoskupiny. Podobně jako u bikoidů jsou nanosky lokalizovány k zadnímu pólu jako odstupňovaný morfogen. Jedinou rolí nanosenzorů je potlačovat mateřsky přepsanou hrbatou mRNA v zadní části. Další protein, pumilio, je potřebný pro nanos k potlačení hrbáka. Další zadní proteiny, oskar (který omezuje nanos mRNA), Tudor, vasa a Valois lokalizují determinanty zárodečné linie a nanos k zadní části.

Na rozdíl od přední a zadní informace o poloze pro terminál pocházejí z folikulárních buněk vaječníku. Terminálie jsou specifikovány působením tyrosinkinázy receptoru Torso. Buňky folikulů vylučují podobné torzo do perivitelinového prostoru pouze na pólech. Torzo podobné štěpí pro-peptidový kmen, který se jeví jako ligand trupu. Kmen aktivuje trup a způsobí kaskádu signální transdukce, která potlačuje transkripční represor Groucho, což zase způsobí aktivaci genů koncové mezery bez ocasu a huckebein.

Segmentace a homeotické geny

Vzory z mateřských genů ovlivňují expresi segmentační geny. Segmentační geny jsou embryonálně exprimované geny, které určují počty, velikost a polaritu segmentů. The geny mezery jsou přímo ovlivňovány mateřskými geny a jsou exprimovány v lokálních a překrývajících se oblastech podél přední / zadní osy. Tyto geny jsou ovlivňovány nejen mateřskými geny, ale také epistatickými interakcemi mezi ostatními geny mezery.

Geny mezery fungují k aktivaci geny párových pravidel. Každý gen párového pravidla je exprimován v sedmi pruzích jako výsledek kombinovaného účinku mezerových genů a interakcí mezi ostatními geny párových pravidel. Geny párových pravidel lze rozdělit do dvou tříd: primární geny párových pravidel a sekundární geny párových pravidel. Geny primárních párových pravidel jsou schopné ovlivnit geny sekundárních párových pravidel, ale ne naopak. Molekulární mechanismus mezi regulací primárních genů párových pravidel byl pochopen prostřednictvím komplexní analýzy regulace sudých přeskočení. Pozitivní i negativní regulační interakce jak mateřských, tak mezerových genů a jedinečná kombinace transkripčních faktorů fungují k expresi rovnoměrně vynechaných v různých částech embrya. Stejný gen mezery může působit pozitivně v jednom pruhu, ale negativně v druhém.

Exprese genů párových pravidel se promítá do exprese geny polarity segmentů ve 14 pruzích. Úlohou genů polarity segmentů je definovat hranice a polaritu segmentů. Předpokládá se, že prostředky, kterých toho geny dosáhnou, zahrnují bezkřídlou a ježkovou gradaci distribuce nebo kaskádu signálů iniciovaných těmito proteiny. Na rozdíl od mezery a genů párového pravidla fungují geny pro polaritu segmentů spíše v buňkách než v syncytiu. Geny polarity segmentu tedy ovlivňují vzorování, ačkoli signalizují, a nikoli autonomně. Geny gap a pair-rule jsou také přechodně exprimovány, zatímco genová exprese genové polarity je udržována po celý vývoj. Pokračující exprese genů polarity segmentu je udržována zpětnou vazbou zahrnující ježka a bezkřídlé.

Zatímco segmentační geny mohou určit počet, velikost a polaritu segmentů, homeotické geny může určit identitu segmentu. Homeotické geny jsou aktivovány geny mezery a geny párových pravidel. The Antennapedia komplex a bithorax Komplex na třetím chromozomu obsahuje hlavní homeotické geny potřebné pro specifikaci segmentové identity (ve skutečnosti parasegmentální identity). Tyto geny jsou transkripční faktory a jsou exprimovány v překrývajících se oblastech, které korelují s jejich pozicí podél chromozomu. Tyto transkripční faktory regulují další transkripční faktory, molekuly buněčného povrchu s rolemi v buněčné adhezi a další buněčné signály. Později v průběhu vývoje jsou homeotické geny exprimovány v nervovém systému podobným předním / zadním vzorem. Homeotické geny jsou udržovány po celou dobu vývoje modifikací kondenzačního stavu jejich chromatinu. Geny Polycomb udržují chromatin v neaktivní konformaci, zatímco geny trithorax udržují chromatin v aktivní konformaci.

Všechny homeotické geny sdílejí segment proteinu s podobnou sekvencí a strukturou nazývanou homeodomain (sekvence DNA se nazývá homeobox). Tato oblast homeotických proteinů váže DNA. Tato doména byla nalezena v jiných vývojových regulačních proteinech, jako je bikoid, a také u jiných zvířat, včetně lidí. Molekulární mapování odhalilo, že shluk genů HOX byl zděděn neporušený od společného předka much a savců, což naznačuje, že se jedná o základní vývojový regulační systém.

Hřbetní / břišní osa

Mateřský protein, Dorsal, funguje jako odstupňovaný morfogen, který nastavuje ventrální stranu embrya (název pochází z mutací, které vedly k dorsalized fenotyp). Hřbetní je jako bicoidní v tom, že se jedná o jaderný protein; na rozdíl od toho bicoidní, hřbetní je rovnoměrně distribuován po celém embryu. Koncentrační rozdíl vyplývá z diferenciálního jaderného transportu. Mechanismus, kterým dorsaK odlišnému umístění do jader dochází ve třech krocích.

První krok se děje na hřbetní straně embrya. Jádro v oocytu se pohybuje po stopě mikrotubulů na jednu stranu oocytu. Tato strana vysílá signál, Gurken, do torpédo receptory na buňkách folikulu. The torpédo receptor se nachází ve všech buňkách folikulu; nicméně Gurken signál se nachází pouze na přední dorzální straně oocytu. Buňky folikulu mění tvar a syntetické vlastnosti, aby odlišily hřbetní stranu od ventrální. Tyto buňky dorzálního folikulu nejsou schopné produkovat protein dýmky požadovaný pro krok dva.

Druhým krokem je signál z buněk ventrálního folikulu zpět do oocytu. Tento signál působí poté, co vejce opustilo buňky folikulu, takže je uložen v perivitelinovém prostoru. Buňky folikulu vylučují windbeutel, nudel, a trubka, které vytvářejí komplex aktivující proteázu. Protože buňky dorzálního folikulu neexprimují trubka, nejsou schopni vytvořit tento komplex. Později embryo vylučuje tři neaktivní proteázy (vadná gastrulace, had, a velikonoční) a neaktivní ligand (spätzle) do perivitelinového prostoru. Tyto proteázy jsou aktivovány komplexem a štěpí se spätzle do aktivní formy. Tento aktivní protein je distribuován ve ventrálním až dorzálním gradientu. Toll je receptor tyrosinkinázy pro spätzle a převádí odstupňované spätzle signál přes cytoplazmu k fosforylaci kaktus. Jakmile je fosforylován, kaktus již se neváže k hřbetní, ponechání volného vstupu do jádra. Množství uvolněného hřbetní záleží na množství spätzle přítomný protein.

Třetím krokem je regionální exprese zygotických genů decapentaplegic (dpp), zerknüllt, tolloid, kroutit, hlemýžď, a kosodélník kvůli výrazu hřbetní v jádře. Vysoká úroveň hřbetní jsou povinni zapnout přepis kroutit a hlemýžď. Nízké úrovně hřbetní může aktivovat přepis kosodélník. Hřbetní potlačuje transkripci zerknüllt, tolloid, a dpp. Zygotické geny také vzájemně interagují, aby omezily své domény exprese.

Obojživelníci

Hřbetní / břišní osa a organizér

Mezi oplodnění a první štěpení v Xenopus embrya, kortikální cytoplazma zygoty rotuje vzhledem k centrální cytoplazmě asi o 30 stupňů, aby odkryla (u některých druhů) šedý půlměsíc v okrajové nebo střední oblasti embrya. Kortikální rotace je poháněna mikrotubulovými motory pohybujícími se podél paralelních polí kortikálních mikrotubulů. Tento šedý půlměsíc označuje budoucí hřbetní stranu embrya. Blokování této rotace zabraňuje tvorbě hřbetní / ventrální osy. V pozdní fázi blastuly Xenopus embrya mají jasnou hřbetní / ventrální osu.

Na počátku gastruly není stanovena většina tkáně v embryu. Jedinou výjimkou je přední část dorzálního blastoporového rtu. Když byla tato tkáň transplantována do jiné části embrya, vyvinula se jako obvykle. Kromě toho byla tato tkáň schopna vyvolat tvorbu další hřbetní / ventrální osy. Hans Spemann pojmenoval tuto oblast organizátorem a indukce hřbetní osy primární indukcí.

Organizátor je indukován z hřbetní rostlinné oblasti zvané centrum Nieuwkoop. U embryí ve stádiu blastuly existuje mnoho různých vývojových potenciálů. Z rostlinného víčka mohou vzniknout pouze typy endodermálních buněk, zatímco u živočišného víčka mohou vzniknout pouze typy ektodermálních buněk. Okrajová zóna však může způsobit vznik většiny struktur v embryu, včetně mezoderm. Série experimentů od Pieter Nieuwkoop ukázaly, že pokud je odstraněna okrajová zóna a zvířecí a rostlinná čepice umístěna vedle sebe, mesoderm pochází ze zvířecí čepice a hřbetní tkáně vždy sousedí s dorzálními rostlinnými buňkami. Tato hřbetní rostlinná oblast, pojmenovaná jako centrum Nieuwkoop, dokázala vyvolat formaci organizátora.

Byly identifikovány twinningové testy Wnt proteiny jako molekuly z centra Nieuwkoop, které by mohly specifikovat hřbetní / ventrální osu. V twinningových testech jsou molekuly injikovány do ventrální blastomery embrya ve stádiu čtyř buněk. Pokud molekuly specifikují hřbetní osu, vytvoří se hřbetní struktury na ventrální straně. Proteiny Wnt nebyly nutné ke specifikaci osy, ale zkoumání dalších proteinů v dráze Wnt vedlo k objevu, že je nezbytný β-katenin. β-katenin je přítomen v jádrech na hřbetní straně, ale ne na ventrální straně. Hladiny β-kateninu jsou regulovány GSK-3. Je-li aktivní, GSK-3 fosforyluje volný β-katenin, který je poté zaměřen na degradaci. Existují dvě možné molekuly, které mohou regulovat GSK-3: GBP (GSK-3 Binding Protein) a Rozcuchaný. Současný model spočívá v tom, že tyto látky společně inhibují aktivitu GSK-3. Disheveled je schopen indukovat sekundární osu, když je nadměrně exprimován a je přítomen ve vyšších úrovních na hřbetní straně po kortikální rotaci (Symetrie lámání a kortikální rotace ). Vyčerpání Disheveled však nemá žádný účinek. GBP má účinek jak při vyčerpání, tak při nadměrné expresi. Nedávné důkazy však ukázaly, že Xwnt11, molekula Wnt exprimovaná v Xenopus, bylo dostatečné a nezbytné pro vytvoření hřbetní osy.^[5]

Tvorba mezodermu pochází ze dvou signálů: jednoho pro ventrální část a druhého pro hřbetní část. K určení molekulárních signálů z rostlinného uzávěru, které jsou schopné vyvolat zvířecí uzávěr za vzniku mezodermu, byly použity testy zvířecího víčka. V testu na zvířecím víčku se požadované molekuly aplikují buď do média, ve kterém je víčko pěstováno, nebo se injikují jako mRNA do raného embrya. Tyto experimenty identifikovaly skupinu molekul, transformující růstový faktor-β (TGF-β) rodina. U dominantních negativních forem TGF-β byly rané experimenty schopny identifikovat pouze rodinu molekul, které nejsou součástí konkrétního člena. Nedávné experimenty identifikovaly Xenopus uzlové proteiny (Xnr-1, Xnr-2 a Xnr-4) jako signály vyvolávající mezoderm. Inhibitory těchto ligandů zabraňují tvorbě mezodermu a tyto proteiny vykazují odstupňovanou distribuci podél hřbetní / ventrální osy.

Vegetačně lokalizovaná mRNA, VegT a případně Vg1 se účastní indukce endodermu. Předpokládá se, že VegT také aktivuje proteiny Xnr-1,2,4. VegT působí jako transkripční faktor k aktivaci genů specifikujících endodermální osud, zatímco Vg1 působí jako parakrinní faktor.

β-katenin v jádře aktivuje dva transkripční faktory: siamois a twin. β-katenin také působí synergicky s VegT a produkuje vysoké hladiny Xnr-1,2,4. Siamois bude působit synergicky s Xnr-1,2,4, aby aktivoval vysokou hladinu transkripčních faktorů, jako je husí kůže, v organizéru. Oblasti v embryu s nižšími hladinami Xnr-1,2,4 budou vyjadřovat ventrální nebo laterální mezoderm. Jaderný β-katenin pracuje synergicky se signálem osudu mezodermální buňky a vytváří signální aktivitu centra Nieuwkoop k indukci tvorby organizéru v dorzální mezodermě.

Funkce organizátoru

Za aktivitu organizátora jsou odpovědné dvě třídy genů: transkripční faktory a vylučované proteiny. Husí kůže (který má homologii mezi bicoidem a angreštem) je prvním známým genem, který je exprimován v organizátoru, a je dostatečný i nezbytný k určení sekundární osy.

Organizér indukuje ventrální mezoderm, aby se stal laterálním mezodermem, indukuje ektodermu tvorbu nervové tkáně a indukuje hřbetní struktury v endodermu. Mechanismus za těmito indukcemi je inhibice kostní morfogenetický protein 4 signální dráha, která ventralizuje embryo. Při absenci těchto signálů se ektoderm vrátí do výchozího stavu nervové tkáně. Čtyři ze sekretovaných molekul z organizéru, chordin, noggin, follistatin a Xenopus nodal-related-3 (Xnr-3), přímo interagují s BMP-4 a blokují jeho schopnost vázat se na jeho receptor. Tyto molekuly tedy vytvářejí gradient BMP-4 podél dorzální / ventrální osy mezodermu.

BMP-4 působí hlavně v kmenové a ocasní oblasti embrya, zatímco jiná sada signálů pracuje v oblasti hlavy. Xwnt-8 je exprimován v celém ventrálním a laterálním mezodermu. Endomesoderm (může vést k endodermu nebo mezodermu) na přední hraně archenteronu (budoucí přední) vylučuje tři faktory Cerberus, Dickkopf a Frzb. Zatímco Cerberus a Frzb se vážou přímo na Xwnt-8, aby se zabránilo jeho vazbě na jeho receptor, Cerberus je také schopen vázat se na BMP-4 a Xnr1.^[6] Kromě toho se Dickkopf váže na LRP-5, transmembránový protein důležitý pro signální dráhu Xwnt-8, což vede k endocytóze LRP-5 a nakonec k inhibici dráhy Xwnt-8.

Přední / zadní osa

Přední / zadní vzorování embrya se vyskytuje někdy před nebo během gastrulace. První buňky, které mají evoluci, mají přední indukční aktivitu, zatímco poslední buňky mají zadní indukční aktivitu. Přední indukční schopnost pochází z Xwnt-8 antagonizujících signálů Cereberus, Dickkopf a Frzb diskutovaných výše. Vývoj přední hlavy také vyžaduje funkci IGF (růstové faktory podobné inzulínu) vyjádřené v hřbetní střední linii a přední neurální trubici. Předpokládá se, že IGF fungují aktivací kaskády signální transdukce, která interferuje a inhibuje jak Wnt signalizaci, tak BMP signalizaci. V zadní části dva kandidáti na posteriorizační signály zahrnují eFGF, homolog fibroblastového růstového faktoru a kyselina retinová.

Ryba

Základ pro formování os v zebrafish odpovídá tomu, co je známo u obojživelníků. Embryonální štít má stejnou funkci jako hřbetní ret blastopóru a funguje jako organizátor. Když je transplantován, je schopen uspořádat sekundární osu a její odstranění zabraňuje tvorbě hřbetních struktur. β-katenin má také podobnou roli jako v obojživelnících. Hromadí se v jádře pouze na hřbetní straně; ventrální β-katenin indukuje sekundární osu. Aktivuje expresi šilhání (nodální signální protein aka ndr1) a Bozozok (transkripční faktor homeodomény podobný Siamois), které společně aktivují husí kůži v embryonálním štítu.

Stejně jako v případě Xenopus indukce mezodermu zahrnuje dva signály: jeden z rostlinného pólu k indukci ventrální mezodermy a jeden z centra Nieuwkoop ekvivalentních dorzálních rostlinných buněk k indukci dorzálního mezodermu.

Signály od organizátora jsou rovnoběžné se signály obojživelníků. Noggin a chordin homolog Chordino se váže na člena rodiny BMP, BMP2B, aby mu zabránil ventralizovat embryo. Dickkopf se váže na homolog Wnt Wnt8, aby mu zabránil ventralizovat a posteriorizovat embryo.

Existuje třetí cesta regulovaná β-kateninem v rybách. β-katenin aktivuje transkripční faktor stat3. Stat3 koordinuje pohyby buněk během gastrulace a přispívá k vytvoření rovinné polarity.

Ptactvo

Hřbetní / břišní osa je definována v kuřátko embrya orientací buněk vzhledem k žloutku. Zatímco je zvíře nahoře, je Ventral dole vzhledem k žloutku. Tato osa je definována vytvořením rozdílu pH „uvnitř“ a „venku“ blastodermu mezi subgerminálním prostorem a albuminem na vnější straně. Subgerminální prostor má pH 6,5, zatímco albumin na vnější straně má pH 9,5.

Přední / zadní osa je definována během počátečního naklonění embrya, když je skořápka opuštěna. Vejce se neustále otáčí konzistentním směrem a dochází k částečnému rozvrstvení žloutku; lehčí komponenty žloutku budou blízko jednoho konce blastodermu a stanou se budoucím zadkem. Molekulární podstata zadní části není známa, akumulace buněk však nakonec vede k zadní okrajové zóně (PMZ).

PMZ je ekvivalentem centra Nieuwkoop v tom, že jeho úlohou je indukovat Hensenův uzel. Transplantace PMZ vede k indukci primitivního pruhu, avšak PMZ k samotnému pruhu nepřispívá. Podobně jako centrum Nieuwkoop, PMZ exprimuje jak Vg1, tak jaderně lokalizovaný β-katenin.

Hensenův uzel je ekvivalentní organizátorovi. Transplantace Hensenova uzlu vede k vytvoření sekundární osy. Hensenův uzel je místo, kde začíná gastrulace a stává se z něj dorzální mezoderm. Hensenův uzel je tvořen indukcí PMZ na přední části volaného PMZ Kollerův srp. Když se vytvoří primitivní pruh, tyto buňky se rozšíří a stanou se Hensenovým uzlem. Tyto buňky exprimují husí kůži v souladu s jejich rolí jako organizátora.

Funkce organizátora v kuřecích embryích je podobná jako u obojživelníků a ryb, existují však určité rozdíly. Podobně jako u obojživelníků a ryb organizátor vylučuje proteiny Chordin, Noggin a Nodal, které antagonizují signalizaci BMP a dorzalizují embryo. Neurální indukce se však zcela nespoléhá na inhibici signalizace BMP. Nadměrná exprese antagonistů BMP nestačí k vyvolání tvorby neuronů ani k nadměrné expresi blokování BMP neuronů. Zatímco celý příběh není pro neurální indukci znám, zdá se, že FGF hrají roli v mezodermu a neurální indukci. Přední / zadní vzorování embrya vyžaduje signály jako cerberus z hypoblastu a prostorovou regulaci kyselina retinová akumulace k aktivaci 3 'Hox genů v zadním neuroektodermu (zadní mozek a mícha).

Savci

Nejstarší specifikace v myš embrya se vyskytují mezi trofoblast a buňky vnitřní buněčné hmoty ve vnějších polárních buňkách a vnitřních nepolárních buňkách. Tyto dvě skupiny se stanou specifikovány v osmibuněčné fázi během zhutňování, ale stanou se určenými až po dosažení 64buněčné fáze. Pokud je apolární buňka transplantována ven během buněčného stádia 8–32, bude se tato buňka vyvíjet jako trofoblastová buňka.

Osa přední / zadní v embryu myši je specifikována dvěma signálními centry. V myším embryu tvoří vejce válec s epiblastem, který na vzdáleném konci válce vytváří pohár. Epiblast je obklopen viscerálním endodermem, což je ekvivalent hypoblastu lidí a kuřat. Signály pro přední / zadní osu pocházejí z primitivní uzel. Dalším důležitým webem je přední viscerální endoderm (AVE). AVE leží před nejpřednější polohou uzlu a leží těsně pod epiblastem v oblasti, která bude obsazena migrujícím endomesodermem za vzniku mezodermu hlavy a endodermu předního střeva. AVE interaguje s uzlem a určuje nejpřednější struktury. Uzel je tedy schopen vytvořit normální kmen, ale k vytvoření hlavy vyžaduje signály z AVE.

Objev homeoboxu v Drosophila mouchy a jejich ochrana u jiných zvířat vedla k pokroku v porozumění předního / zadního vzorování. Většina genů Hox u savců vykazuje expresní vzorec, který se vyrovná homeotickým genům u much. U savců existují čtyři kopie genů Hox. Každá sada genů Hox je paralogická vůči ostatním (Hox1a je paralogem Hox1b atd.). Tyto paralogy vykazují překrývající se expresní vzory a mohou působit nadbytečně. Dvojité mutace v paralogních genech však mohou také působit synergicky, což naznačuje, že geny musí pro svoji funkci spolupracovat.

Viz také

• Formování vzoru
• Specifikace (technická norma)

Reference