Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Внутренняя клеточная масса
Blastocyst English.svg
Бластоциста с внутренней клеточной массой и трофобластом
Подробности
Этап Карнеги3
Дней6
Предшественникбластоциста
Дает началоэпибласт , гипобласт
Идентификаторы
латинскийэмбриобластус; massa cellis interna; pluriblastus старший
MeSHD053624
TEE6.0.1.1.2.0.4
FMA86557
Анатомическая терминология

В начале эмбриогенеза большинство плацентарных млекопитающих , то внутренняя клеточная масса ( ИВМ ; также известная как Эмбриобласт или pluriblast ) масса клеток внутри изначального эмбриона , что в конечном итоге привести к окончательным структурам плода . Эта структура формируется в самом раннем стадии развития, до имплантации в в эндометрий из матки произошли. МКД лежит внутри бластоцель (правильнее назвать " бластоцистыполость ", поскольку она не является строго гомологичной бластоцеле позвоночных анамниотов ) и полностью окружена одним слоем клеток, называемым трофобластом .

Дальнейшее развитие [ править ]

Физическое и функциональное отделение внутренней клеточной массы от трофэктодермы (TE) является особенностью развития млекопитающих и является первой спецификацией клеточного клона у этих эмбрионов. После оплодотворения в яйцеводе эмбрион млекопитающих подвергается относительно медленному циклу расщеплений с образованием морулы из восьми клеток . Каждая клетка морулы, называемая бластомером, увеличивает поверхностный контакт со своими соседями в процессе, называемом уплотнением. Это приводит к поляризации клеток внутри морулы, и дальнейшее расщепление дает бластоцисту примерно из 32 клеток. [1] У мышей около 12 внутренних клеток составляют новую внутреннюю клеточную массу, а 20-24 клеток составляют окружающую трофэктодерму. [2] [3]Между видами млекопитающих существует различие в количестве клеток при уплотнении с эмбрионами крупного рогатого скота, причем различия, связанные с уплотнением, наблюдаются уже в 9-15 клетках, а у кроликов - только после 32 клеток. [4] Существует также межвидовая изменчивость паттернов экспрессии генов у ранних эмбрионов. [5]

ICM и TE будут генерировать совершенно разные типы клеток, когда начинается имплантация и продолжается эмбриогенез. Клетки трофэктодермы образуют экстраэмбриональные ткани, которые играют вспомогательную роль для самого эмбриона. Кроме того, эти клетки закачивают жидкость внутрь бластоцисты, вызывая образование поляризованной бластоцисты с ICM, прикрепленным к трофэктодерме на одном конце (см. Рисунок). Это различие в клеточной локализации приводит к тому, что клетки ICM, подвергающиеся воздействию жидкой полости, принимают судьбу примитивной энтодермы (или гипобласта), тогда как остальные клетки принимают судьбу примитивной эктодермы (или эпибласта). В гипобласте способствует к внеэмбриональным мембранам и эпибласту будет приводить к конечному собственно эмбрион, а также некоторым внеэмбриональные тканям. [1]

Регулирование клеточной спецификации [ править ]

Поскольку сегрегация плюрипотентных клеток внутренней клеточной массы от остальной части бластоцисты является неотъемлемой частью развития млекопитающих, были выполнены значительные исследования для выяснения соответствующих клеточных и молекулярных механизмов этого процесса. Основной интерес представляет то, какие факторы транскрипции и сигнальные молекулы направляют асимметричные деления бластомеров, приводящие к так называемым внутренним и внешним клеткам и, следовательно, к спецификации клеточного клона. Однако из-за изменчивости и регулирующей природы эмбрионов млекопитающих экспериментальные данные, подтверждающие эти ранние судьбы, остаются неполными. [2]

На уровне транскрипции факторы транскрипции Oct4, Nanog, Cdx2 и Tead4 все участвуют в установлении и усилении спецификации ICM и TE у ранних эмбрионов мыши. [2]

Ранняя апикальная и базолатеральная поляризация эмбриона устанавливается на стадии 8-16 клеток после уплотнения. Это начальное различие в окружающей среде усиливает петлю транскрипционной обратной связи во внутреннем или внешнем направлении. Внутри клетки экспрессируются высокие уровни Oct4, который поддерживает плюрипотентность и подавляет Cdx2 . Внешние клетки экспрессируют высокие уровни Cdx2, который вызывает дифференцировку TE и подавляет Oct4 .
  • Oct4: Oct4 экспрессируется в ICM и участвует в поддержании его плюрипотентности, роль, которая повторяется в эмбриональных стволовых клетках мыши, полученных из ICM. [6] Клетки с генетическим нокаутом Oct4 как in vivo, так и в культуре демонстрируют морфологические характеристики TE. Было показано, что одной из мишеней транскрипции Oct4 является ген Fgf4 . Этот ген обычно кодирует лиганд, секретируемый ICM, который индуцирует пролиферацию в соседнем полярном ТЕ. [6]
  • Nanog: Nanog также выражается в ICM и участвует в поддержании его плюрипотентности. В отличие от Oct4 , исследования мышей Nanog -null не показывают реверсию ICM к TE-подобной морфологии, но демонстрируют, что потеря Nanog препятствует генерации ICM примитивной энтодермы. [7]
  • Cdx2: Cdx2 строго выражен в TE и необходим для поддержания его спецификации. Мыши с нокаутом гена Cdx2 подвергаются уплотнению, но теряют целостность эпителия ТЕ на поздней стадии бластоцисты. Более того, экспрессия Oct4 впоследствии повышается в этих ТЕ-клетках, указывая на то, что Cdx2 играет роль в подавлении Oct4 в этой клеточной линии. Более того, эмбриональные стволовые клетки могут быть получены из Cdx2- нулевых мышей, демонстрируя, что Cdx2 не важен для спецификации ICM. [8]
  • Tead4: Подобно Cdx2 , Tead4 необходим для функции TE, хотя фактор транскрипции экспрессируется повсеместно. Мыши Tead4- null аналогичным образом подвергаются уплотнению, но не могут образовать полость бластоцеля. Подобно Cdx2- нулевым эмбрионам, Tead4-нулевые эмбрионы могут давать эмбриональные стволовые клетки, указывая тем самым, что Tead4 не требуется для спецификации ICM. [9] Недавние исследования показали, что Tead4 может способствовать активации Cdx2 в TE и его транскрипционная активность зависит от коактиватора Yap. Ядерная локализация Yap во внешних клетках позволяет ему вносить вклад в специфичность TE, тогда как внутри клеток Yap изолируется в цитоплазме посредством события фосфорилирования. [10]

Вместе эти факторы транскрипции функционируют в петле положительной обратной связи, которая усиливает выделение клеток от ICM к TE. Первоначальная поляризация бластомеров происходит на стадии 8-16 клеток. Апикально-базолатеральная полярность видна при визуализации апикальных маркеров, таких как Par3, Par6 и aPKC, а также базального маркера E-Cadherin. [2] Считается, что установление такой полярности во время уплотнения создает экологическую идентичность для внутренних и внешних клеток эмбриона. Следовательно, стохастическая экспрессия вышеупомянутых факторов транскрипции усиливается в петлю обратной связи, которая определяет внешние клетки к судьбе TE и внутри клеток к судьбе ICM. В модели апикальное окружение включает Cdx2, который активирует собственную экспрессию через нижестоящий фактор транскрипции Elf5. Вместе с третьим фактором транскрипции, Eomes, эти гены действуют, подавляя гены плюрипотентности, такие как Oct4 и Nanog, во внешних клетках. [2] [8] Таким образом, TE становится специфицированным и дифференцированным. Однако внутренние клетки не включают ген Cdx2 и экспрессируют высокие уровни Oct4 , Nanog и Sox2 . [2] [3] Эти гены подавляют Cdx2, а внутренние клетки поддерживают плюрипотентность, генерируя ICM и, в конечном итоге, сам остальной эмбрион.

Хотя эта дихотомия генетических взаимодействий явно необходима для разделения бластомеров эмбрионов мыши на идентичности ICM и TE, инициация этих петель обратной связи остается предметом дискуссий. Неясно, установлены ли они стохастически или через еще более раннюю асимметрию, и текущие исследования направлены на выявление более ранних маркеров асимметрии. Например, некоторые исследования коррелируют первые два расщепления во время эмбриогенеза по отношению к предполагаемым животным и вегетативным полюсам с окончательной спецификацией. Асимметричное разделение эпигенетической информации во время этих первых двух расщеплений, а также ориентация и порядок, в котором они происходят, могут вносить вклад в положение клетки либо внутри, либо снаружи морулы. [11] [12]

Стволовые клетки [ править ]

Бластомеры, выделенные из ICM эмбрионов млекопитающих и выращенные в культуре, известны как эмбриональные стволовые (ES) клетки. Эти плюрипотентные клетки при выращивании в тщательно скоординированной среде могут давать начало всем трем зародышевым листкам (эктодерме, энтодерме и мезодерме) взрослого тела. [13] Например, фактор транскрипции LIF4 необходим для сохранения мышиных ES-клеток in vitro. [14] Бластомеры отделяются от изолированной ICM в ранней бластоцисте, и их транскрипционный код, управляемый Oct4 , Sox2 и Nanog, помогает поддерживать недифференцированное состояние.

Одним из преимуществ регулирующей природы, при которой развиваются эмбрионы млекопитающих, является манипулирование бластомерами ICM для создания мышей с нокаутом . У мышей мутации в интересующем гене могут быть введены ретровирусным путем в культивируемые ES-клетки, и они могут быть повторно введены в ICM интактного эмбриона. В результате получается химерная мышь, которая развивается с частью своих клеток, содержащих геном ES-клеток. Целью такой процедуры является включение мутированного гена в зародышевую линию мыши таким образом, чтобы в ее потомстве не было одного или обоих аллелей интересующего гена. Генетики широко используют эту технику манипуляции ICM при изучении функции генов в системе млекопитающих. [1] [13]

Дополнительные изображения [ править ]

  • Бластодермический пузырек Vespertilio murinus.

  • Разрез зародышевого диска Vespertilio murinus.

См. Также [ править ]

  • Гены гомеобокса

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в . ISBN 978-0199275373. Отсутствует или пусто |title=( справка )
  2. ^ Б с д е е Marikawa, Юзук и др. Установление линий трофэктодермы и внутренней клеточной массы в эмбрионе мыши. Молекулярное воспроизводство и развитие 76: 1019–1032 (2009)
  3. ^ a b Suwinska A, Czołowska R, Ozdze_nski W, Tarkowski AK. 2008. Бластомеры эмбриона мыши теряют тотипотентность после пятого деления дробления: экспрессия Cdx2 и Oct4 и потенциал развития внутренних и внешних бластомеров 16- и 32-клеточных эмбрионов. Дев Биол 322: 133–144.
  4. ↑ Koyama et al. Анализ полярности эмбрионов крупного рогатого скота и кролика с помощью сканирующей электронной микроскопии. Архивировано 23 сентября 2015 г. в Wayback Machine Biol of Reproduction, 50, 163-170 1994.
  5. ^ Kuijk, et al. Проверка эталонных генов для количественных исследований RT-PCR в ооцитах свиней и преимплантационных эмбрионах BMC Developmental Biology 2007, 7:58 doi: 10.1186 / 1471-213X-7-58
  6. ^ a b Николс Дж., Зевник Б., Анастассиадис К., Нива Х., Клеве-Небениус Д., Чемберс I, Шёлер Х., Смит А. 1998. Формирование плюрипотентных стволовых клеток в эмбрионе млекопитающих зависит от фактора транскрипции POU Oct4. Cell 95: 379–391.
  7. ^ Rodda DJ, Chew JL, Lim LH, Loh YH, Wang B, Ng HH, Robson P. 2005. Транскрипционная регуляция nanog с помощью OCT4 и SOX2. J Biol Chem 280: 24731–24737.
  8. ^ a b Strumpf D, Mao CA, Yamanaka Y, Ralston A, Chawengsaksophak K, Beck F, Rossant J. 2005. Cdx2 необходим для правильной спецификации клеточной судьбы и дифференцировки трофэктодермы в бластоцисте мыши. Развитие 132: 2093–2102.
  9. ^ Nishioka N, Yamamoto S, Kiyonari H, Sato H, Sawada A, Ota M, Nakao K, Sasaki H. 2008. Tead4 требуется для спецификации трофэктодермы в эмбрионах мыши до имплантации. Mech Dev 125: 270–283.
  10. ^ Nishioka N и др. 2009. Компоненты Lats и Yap сигнального пути Hippo определяют активность Tead4, чтобы отличить трофэктодерму мыши от внутренней клеточной массы. Dev Cell 16: 398–410.
  11. ^ Бишофф, Маркус и др. Формирование эмбрионально-абэмбриональной оси бластоцисты мыши: взаимосвязь между ориентацией ранних делений дробления и паттерном симметричных / асимметричных делений. Разработка 135, 953-962 (2008)
  12. ^ Jedrusik, Агнешка и др. Роль Cdx2 и полярность клеток в распределении клеток и спецификации трофэктодермы и внутренней клеточной массы в эмбрионе мыши. Genes Dev. 2008 22: 2692-2706
  13. ^ a b Робертсон, Элизабет и др. Передача генов по зародышевой линии, введенных в культивируемые плюрипотенциальные клетки ретровирусным вектором. Nature 323, 445 - 448 (2 октября 1986 г.)
  14. ^ Smith AG, Heath JK, Donaldson DD, Wong GG, Moreau J, Stahl M и Rogers D (1988) Ингибирование плюрипотенциальной дифференцировки эмбриональных стволовых клеток очищенными полипептидами. Природа, 336, 688–690