Спинная губа бластопора является структурой , которая формируется во время раннего эмбрионального развития и имеет важное значение для его роли в организации зародышевых слоев . [1] спинная губа образуются во время ранней гаструляции как сгибание ткани вдоль инволюции краевой зоны из бластоцель форм отверстия , известные как бластопор . [2] Это особенно важно из-за его роли в нервной индукции через стандартную модель, где передача сигналов от дорсальной губы защищает область эпибласта.превращаясь в эпидермис , позволяя ему развиваться до своей нервной ткани по умолчанию . [3]
Открытие
Дорсальная губа относится к участку ткани, расположенной в месте первой инвагинации в развивающейся прегастуле, и считается, что она действует как нервный индуктор в раннем эмбрионе, а также как общий организатор всей оси тела . [1] Ранние эксперименты по трансплантации развивающихся эмбрионов продемонстрировали, что разные слои эмбриона, при выделении и трансплантации до гаструляции по сравнению с после гаструляции, будут развиваться в совершенно разные зрелые ткани. Доктор Ханс Спеманн отметил этот феномен и предположил, что перестройки тканей, происходящие во время гаструляции, должны каким-то образом быть связаны с контролем судьбы развивающейся ткани эмбриона. [4] Его исследования сосредоточены на дорсальной губе как возможном организаторе этих изменений спецификации судеб, поскольку это первая структура, которая складывается внутрь во время гаструляции . Трансплантация дорсальной губы от эмбриона Xenopus в вентральную область другого эмбриона-хозяина продемонстрировала, что вся вторичная ось будет формироваться с использованием собственной ткани эмбриона-хозяина , что указывает на четкую роль дорсальной губы как нервного индуктора и организатора. [5] Дорсальная губа развивающейся гаструлы, таким образом, была обозначена как организатор Спеманна-Мангольда за ее роль в индукции нейронов и организации развивающихся нервных тканей.
Затем интерес переместился к идентификации химических механизмов, лежащих в основе организаторской функции дорсальной губы. Эксперименты с использованием Future серии инъекций дорзальной губа мРНКа в облученные эмбрионы показали , что спинная губа содержала генетические факторы , которые были достаточно для индукции нервной. Дальнейшие исследования позволили идентифицировать специфические факторы, такие как ноггин и хордин, как генетические факторы в спинной губе, которые имеют решающее значение для правильного нервного развития . [6]
Генетическая информация для нейронной индукции
Эксперименты по выявлению генетической основы нейронной индукции проводились путем воздействия на эмбрионы Xenopus УФ-излучением , которое заставляло их развиваться без головы. [7] Доктор Ричард Харланд и доктор Уильям Смит извлекли мРНК из дорсальной губы нормально развивающихся эмбрионов Xenopus, которую затем вводили в эмбрионы, облученные УФ-излучением, чтобы увидеть, можно ли спасти нормальное развитие головы. [2] [7] Эти эксперименты определили, что мРНК noggin может вызывать нормальное развитие головы и мозга , и что повышение уровня noggin приводит к увеличению структур мозга и, в конечном итоге, к вторичной оси. [8]
Подобные эксперименты в лаборатории доктора Эдварда ДеРобертиса выявили, что хординовая кДНК также может индуцировать вторичную ось, предполагая, что существует избыточность в генах, которые кодируют нервное развитие. [9] Чтобы проверить, нужен ли только один или оба гена для нейронной индукции, использовали генетически модифицированных мышей с нокаутом . Мыши, у которых был удален ген noggin или ген хордин , развивались без некоторых структур головы, таких как уши, но в целом имели неизменное развитие. [10] Мыши, у которых был двойной нокаут как ноггина, так и хордина, однако, развились без мозга, демонстрируя, что существует множество генов, способствующих сходным функциям нервного развития. [10]
Другой набор исследований выявил еще одну молекулу, фоллистатин , которая участвует в нервной индукции. Это было результатом работы Дуга Мелтона и Али Хеммати-Бриванлоу, которые изучали функцию активина , сигнальной молекулы, которая действует на рецепторы TGF-β . [5] Они обнаружили , что с помощью мутирует в активин рецептор , ткани , которые обычно развиться в эпидермисе , а не становится нервной ткани. [11] Это дало представление о сигнальном механизме нейральной индукции, поскольку было показано, что ингибирование рецепторов TGF-β приводит к образованию нервной ткани. [12] [13] Фоллистатин был идентифицирован как ингибитор TGF-β , и позже было показано, что хордин и ноггин работают вместе с фоллистатином, препятствуя активации TGF-β костными морфогенными белками (BMP). [6] Посредством этого сигнального механизма дорсальная губа бластопора защищает ткань от превращения в эпидермис , позволяя по умолчанию формировать нервную ткань [3]
Формирование тыльной губы
Прежде, чем происходит структурное формирование дорсальной губы, др. Сигнальный центр, известный как центр Nieuwkoop , расположенный в вегетативной области развивающегося бластоцеля , отвечает за организацию паттернов полярности, необходимых для формирования дорсальной губы. Центр Nieuwkoop отвечает за установление дорсо-вентральной полярности посредством Wnt / GSK / beta-catenin . [14] Этот дорсализационный сигнал позволяет организатору Spemann закрепиться в дорсальных маргинальных клетках, где в будущем будет формироваться место дорсальной губы и бластопора.
Рекомендации
- ^ а б Ариас, Альфонсо Мартинес; Стивентон, Бен (2018-03-01). «О сущности и функциях организаторов» . Развитие . 145 (5): dev159525. DOI : 10.1242 / dev.159525 . ISSN 0950-1991 . PMC 5868996 . PMID 29523654 .
- ^ а б Хеммати-Бриванлу, Али; Мелтон, Дуглас (1997-01-10). «Эмбриональные клетки позвоночных станут нервными клетками, если не будет сказано иначе» . Cell . 88 (1): 13–17. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 81853-X . ISSN 0092-8674 . PMID 9019398 . S2CID 18056689 .
- ^ а б Левин, Ариэль Дж .; Бриванлоу, Али Х. (15 августа 2007 г.). «Предложение модели нейронной индукции у млекопитающих» . Биология развития . 308 (2): 247–256. DOI : 10.1016 / j.ydbio.2007.05.036 . ISSN 0012-1606 . PMC 2713388 . PMID 17585896 .
- ^ Санес, Дэн Харви (2012). Развитие нервной системы . Рех, Томас А., Харрис, Уильям А. (Уильям Энтони) (3-е изд.). Амстердам: Эльзевир. п. 9. ISBN 978-0-12-374539-2. OCLC 667213240 .
- ^ а б Стерн, Клаудио Д. (01.05.2005). «Нейронная индукция: старая проблема, новые открытия, еще больше вопросов» . Развитие . 132 (9): 2007–2021. DOI : 10.1242 / dev.01794 . ISSN 0950-1991 . PMID 15829523 .
- ^ а б Читнис, А .; Кинтнер, К. (1995). «Нервная индукция и нейрогенез у эмбрионов земноводных». Перспективы нейробиологии развития . 3 (1): 3–15. ISSN 1064-0517 . PMID 8542254 .
- ^ а б Санес, Дэн Харви (2012). Развитие нервной системы . Рех, Томас А., Харрис, Уильям А. (Уильям Энтони) (3-е изд.). Амстердам: Эльзевир. п. 11. ISBN 978-0-12-374539-2. OCLC 667213240 .
- ^ Гилль, Мэтью (1999). Молекулярные методы в биологии развития: Xenopus и Zebrafish . Тотова, Нью-Джерси: Humana Press. п. 27. ISBN 978-0-89603-790-8.
- ^ Сасай, Йошики; Лу, Бин; Steinbeisser, Herbert; Гейссерт, Дуглас; Гонт, Линда К .; Де Робертис, Эдди М. (1994-12-02). "Xenopus chordin: новый дорсализирующий фактор, активируемый генами гомеобокса, специфичными для организаторов" . Cell . 79 (5): 779–790. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (94) 90068-X . ISSN 0092-8674 . PMC 3082463 . PMID 8001117 .
- ^ а б Санес, Дэн Харви (2012). Развитие нервной системы . Рех, Томас А., Харрис, Уильям А. (Уильям Энтони) (3-е изд.). Амстердам: Эльзевир. п. 15. ISBN 978-0-12-374539-2. OCLC 667213240 .
- ^ Роджерс, Кристалл; Муди, Салли А .; Кейси, Елена (2009-09-11). «Нейронная индукция и факторы, стабилизирующие нервную судьбу» . Исследование врожденных дефектов. Часть C: «Эмбрион сегодня: обзоры» . 87 (3): 249–262. DOI : 10.1002 / bdrc.20157 . ISSN 1542-975X . PMC 2756055 . PMID 19750523 .
- ^ Муньос-Санхуан, Игнасио; Бриванлоу, Али Х. (01.04.2002). «Нейронная индукция, модель по умолчанию и эмбриональные стволовые клетки». Обзоры природы Неврология . 3 (4): 271–280. DOI : 10.1038 / nrn786 . ISSN 1471-0048 . PMID 11967557 . S2CID 23551830 .
- ^ Вайнштейн, Даниэль; Хеммати-Бриванлу, Али (1999). «Нейронная индукция». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 15 : 411–433. DOI : 10.1146 / annurev.cellbio.15.1.411 . PMID 10611968 .
- ^ Каррон, Клеманс; Ши, Де-Ли (2016). «Спецификация переднезадней оси с помощью комбинаторной передачи сигналов во время развития Xenopus». Междисциплинарные обзоры Wiley. Биология развития . 5 (2): 150–168. DOI : 10.1002 / wdev.217 . ISSN 1759-7692 . PMID 26544673 . S2CID 13504185 .