Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сомитогенез
Gray20.png
Спинка человеческого эмбриона 2,11 мм длиной. (Более старый термин « примитивные сегменты» используется для обозначения сомитов, образовавшихся в сомитогенезе)
Подробности
Предшественникпараксиальная мезодерма
Дает началоДермат , миот , syndetome, склеротом
Анатомическая терминология

Сомитогенез - это процесс образования сомитов . Сомиты представляют собой двухсторонние парные блоки параксиальной мезодермы, которые формируются вдоль передне-задней оси развивающегося эмбриона у сегментированных животных . У позвоночных сомиты дают начало скелетным мышцам, хрящам , сухожилиям , эндотелию и дерме .

Обзор [ править ]

В сомитогенезе сомиты образуются из параксиальной мезодермы , особой области мезодермы в нейрулирующем эмбрионе. Эта ткань подвергается конвергентному расширению по мере регресса примитивной полоски или по мере гаструляции эмбриона . Хорда проходит от основания головы до хвоста; с ним простираются толстые тяжи параксиальной мезодермы. [1]

Поскольку примитивная полоса продолжает регрессировать, сомиты формируются из параксиальной мезодермы путем «отпочкования» рострально в виде сомитомеров или оборотов параксиальных клеток мезодермы, компактных и разделяющихся на отдельные тела. Периодическая природа этих событий расщепления заставила многих сказать, что сомитогенез происходит посредством модели часового фронта, в которой волны сигналов развития вызывают периодическое образование новых сомитов.

Затем эти незрелые сомиты уплотняются во внешний слой (эпителий) и внутреннюю массу ( мезенхиму ).

Сами сомиты определяются в соответствии с их расположением, поскольку сегментарная параксиальная мезодерма, из которой они формируются, определяется положением вдоль передне-задней оси до сомитогенеза.

Ячейки в каждом сомите указаны в зависимости от их расположения в сомите. Кроме того, они сохраняют способность превращаться в любую структуру, полученную из сомита, до относительно поздних этапов процесса сомитогенеза. [2]

Сигнализация [ править ]

Периодичность [ править ]

См. Также: Модель часов и волнового фронта.

Как только клетки пре-сомитной мезодермы находятся на месте после миграции клеток во время гаструляции, в этих клетках начинается осцилляторная экспрессия многих генов, как если бы она регулировалась «часами» развития. Как упоминалось ранее, это привело многих к выводу, что сомитогенез координируется механизмом «часы и волна» .

С технической точки зрения это означает, что сомитогенез происходит из-за в значительной степени автономных для клеток колебаний сети генов и генных продуктов, которые заставляют клетки колебаться между разрешающим и недопустимым состояниями в соответствии с синхронизацией по времени, как часы. . Эти гены включают членов семейства FGF , пути Wnt и Notch , а также мишени этих путей. Волновой фронт медленно продвигается от кзади кпереди. Когда волновой фронт передачи сигналов входит в контакт с клетками в пермиссивном состоянии, они претерпевают эпителиально-мезенхимальный переход и отщепляются от более задней пре-сомитной мезодермы, образуя границу сомита и перезагружая процесс для следующего сомита. [3]

В частности, циклическая активация пути Notch, по-видимому, имеет большое значение в модели волнового фронта и часов. Было высказано предположение, что активация Notch циклически активирует каскад генов, необходимых для отделения сомитов от основного параксиального тела. У разных видов это контролируется разными способами, например, с помощью простой петли отрицательной обратной связи у рыбок данио или в сложном процессе, в котором часы FGF и Wnt влияют на часы Notch, как у цыплят и мышей. [4] [5] Однако модель часов сегментации в высшей степени эволюционно консервативна. [6]

Внутренняя экспрессия «часовых генов» должна колебаться с периодичностью, равной времени, необходимому для образования одного сомита, например, 30 минут у рыбок данио, 90 минут у цыплят и 100 минут у змей. [7]

Колебания генов в пресомитных клетках в значительной степени, но не полностью, клеточно-автономны. Когда передача сигналов Notch нарушается у рыбок данио, соседние клетки больше не колеблются синхронно, указывая тем самым, что передача сигналов Notch важна для поддержания синхронности соседних популяций клеток. [8] Кроме того, в исследованиях белка Sonic hedgehog была выявлена ​​некоторая клеточная взаимозависимость.(Shh) в сомитогенезе. Хотя экспрессия белков пути Shh не колеблется в пре-сомитной мезодерме, они экспрессируются в пре-сомитной мезодерме во время сомитогенеза. Когда хорда удаляется во время сомитогенеза у куриного эмбриона, формируется надлежащее количество сомитов, но часы сегментации задерживаются для задних двух третей сомитов. Передние сомиты не поражены. В одном исследовании этот фенотип имитировали ингибиторы Shh, и своевременное образование сомитов было спасено экзогенным белком Shh, показывая, что недостающий сигнал, производимый хордой, опосредуется Shh. [9]

Передача сигналов при разделении и эпителизации сомитов [ править ]

Физическое разделение сомитов зависит от отталкивания клеток друг от друга и образования границ и новых спаек между разными клетками. Исследования указывают на важность путей с участием рецептора Eph и семейства белков Ephrin , которые координируют формирование границ в этом процессе. Кроме того, фибронектины и кадгерины помогают соответствующим клеткам локализоваться друг с другом. [10] [11]

Спецификация и дифференциация [ править ]

Что касается параксиальной мезодермы, из которой формируются сомиты, эксперименты по картированию судеб на стадии бластулы показывают предшественников пре-сомитной мезодермы в месте гаструляции, называемой примитивной полосой у некоторых организмов, в областях, фланкирующих организатор. Эксперименты по трансплантации показывают, что только на стадии поздней гаструлы эти клетки преданы параксиальной судьбе, это означает, что определение судьбы строго контролируется местными сигналами и не предопределено. Например, воздействие на пресомитную мезодерму костных морфогенетических белков (BMP) приводит к вентрализации ткани, однако in vivoАнтагонисты BMP, секретируемые организатором (такие как Noggin и chordin), предотвращают это и, таким образом, способствуют образованию дорсальных структур. [12]

Прекращение сомитогенеза [ править ]

В настоящее время неизвестно, каким именно механизмом прекращается сомитогенез. Одним из предложенных механизмов является массовая гибель клеток в наиболее задних клетках параксиальной мезодермы, так что в этой области предотвращается образование сомитов. [13] [14] Другие предположили, что ингибирование передачи сигналов BMP с помощью Noggin , гена-мишени для Wnt, подавляет эпителиально-мезенхимальный переход, необходимый для отщепления сомитов от полос пре-сомитной мезодермы и, таким образом, прекращает сомитогенез. . [15] Хотя эндогенная ретиноевая кислота необходима высшим позвоночным для ограничения каудального домена Fgf8, необходимого для сомитогенеза в туловище (но не в хвосте), некоторые исследования также указывают на возможную роль ретиноевой кислоты.в прекращении сомитогенеза у позвоночных, у которых отсутствует хвост (человек) или у которых короткий хвост (цыпленок). [16] Другие исследования предполагают, что прерывание может быть связано с дисбалансом между скоростью образования сомитов и ростом пре-сомитной мезодермы, распространяющейся в эту область хвоста. [17]

Сомитогенез у разных видов [ править ]

У разных видов разное количество сомитов. Например, у лягушек их примерно 10, у людей - 37, у цыплят - 50, у мышей - 65, а у змей - более 300, вплоть до примерно 500.

На число сомитов не влияют изменения размера эмбриона в ходе экспериментальной процедуры. Поскольку все развивающиеся эмбрионы определенного вида образуют одинаковое количество сомитов, количество присутствующих сомитов обычно используется в качестве ориентира для определения возраста развивающихся позвоночных. [18] [19]

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Gilbert, SF (2010). Биология развития (9-е изд.). Sinauer Associates, Inc., стр. 413–415. ISBN 978-0-87893-384-6.
  2. Перейти ↑ Gilbert, SF (2010). Биология развития (9-е изд.). Sinauer Associates, Inc., стр. 413–415. ISBN 978-0-87893-384-6.
  3. ^ Бейкер, RE ; Schnell, S .; Майни, ПК (2006). «Часы и механизм волнового фронта для образования сомитов» . Биология развития . 293 (1): 116–126. DOI : 10.1016 / j.ydbio.2006.01.018 . PMID 16546158 . 
  4. ^ Goldbeter, A .; Пурке, О. (2008). «Моделирование часов сегментации как сети связанных колебаний в путях передачи сигналов Notch, Wnt и FGF». Журнал теоретической биологии . 252 (3): 574–585. DOI : 10.1016 / j.jtbi.2008.01.006 . PMID 18308339 . 
  5. Перейти ↑ Gilbert, SF (2010). Биология развития (9-е изд.). Sinauer Associates, Inc., стр. 413–415. ISBN 978-0-87893-384-6.
  6. ^ Крол, AJ; Roellig, D .; Dequéant, M. -L .; Тасси, О .; Glynn, E .; Hattem, G .; Мушегян, А .; Оутс, AC; Пурке, О. (2011). «Эволюционная пластичность сегментации тактовых сетей» . Развитие . 138 (13): 2783–2792. DOI : 10.1242 / dev.063834 . PMC 3109603 . PMID 21652651 .  
  7. ^ Гомес, C; и другие. (2008). «Контроль количества сегментов у эмбрионов позвоночных». Природа . 454 (7202): 335–339. Bibcode : 2008Natur.454..335G . DOI : 10,1038 / природа07020 . PMID 18563087 . S2CID 4373389 .  
  8. ^ Jiang, Y et al. 2000 (2000). «Notch-сигнализация и синхронизация часов сегментации сомитов». Природа . 408 (6811): 475–479. Bibcode : 2000Natur.408..475J . DOI : 10.1038 / 35044091 . PMID 11100729 . S2CID 1182831 .  
  9. ^ Resende, TP; и другие. (2010). «Звуковой еж во временном контроле образования сомитов» . Proc Natl Acad Sci USA . 107 (29): 12907–12912. Bibcode : 2010PNAS..10712907R . DOI : 10.1073 / pnas.1000979107 . PMC 2919945 . PMID 20615943 .  
  10. ^ Pourquié, О. (2001). «Позвоночно-сомитогенез». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 17 : 311–350. DOI : 10.1146 / annurev.cellbio.17.1.311 . PMID 11687492 . 
  11. Перейти ↑ Gilbert, SF (2010). Биология развития (9-е изд.). Sinauer Associates, Inc., стр. 413–415. ISBN 978-0-87893-384-6.
  12. ^ Pourquie, О. (2001). «Сомитогенез позвоночных». Анну. Rev. Cell Dev. Биол . 17 : 311–50. DOI : 10.1146 / annurev.cellbio.17.1.311 . PMID 11687492 . 
  13. ^ Сандерс, EJ; Khare, MK; Ooi, VC; Беллэрс, Р. (1986). «Экспериментально-морфологический анализ мезенхимы хвостовой почки куриного эмбриона». Анатомия и эмбриология . 174 (2): 179–185. DOI : 10.1007 / bf00824333 . PMID 3740453 . S2CID 26289320 .  
  14. ^ Миллс, CL; Беллэрс, Р. (1989). «Митоз и гибель клеток в хвосте куриного эмбриона». Анатомия и эмбриология . 180 (3): 301–308. DOI : 10.1007 / bf00315888 . PMID 2596707 . S2CID 1318372 .  
  15. ^ Ohta, S .; Сузуки, К .; Tachibana, K .; Tanaka, H .; Ямада, Г. (2007). «Прекращение гаструляции опосредовано подавлением эпителиально-мезенхимального перехода на вентральном эктодермальном гребне» . Развитие . 134 (24): 4315–4324. DOI : 10.1242 / dev.008151 . PMID 18003744 . 
  16. ^ Каннингем, TJ; Дестер, Г. (2015). «Механизмы передачи сигналов ретиноевой кислоты и ее роль в развитии органов и конечностей» . Nat. Rev. Mol. Cell Biol . 16 (2): 110–123. DOI : 10.1038 / nrm3932 . PMC 4636111 . PMID 25560970 .  
  17. ^ Тенин, G .; Райт, Д .; Ферженцик, З .; Bone, R .; МакГрю, MJ; Марото, М. (2010). «Осциллятор сомитогенеза цыпленка останавливается до того, как вся параксиальная мезодерма сегментируется на сомиты» . Биология развития BMC . 10 : 24. DOI : 10,1186 / 1471-213X-10-24 . PMC 2836991 . PMID 20184730 .  
  18. ^ Гомес, C; и другие. (2008). «Контроль количества сегментов у эмбрионов позвоночных». Природа . 454 (7202): 335–339. Bibcode : 2008Natur.454..335G . DOI : 10,1038 / природа07020 . PMID 18563087 . S2CID 4373389 .  
  19. Перейти ↑ Gilbert, SF (2010). Биология развития (9-е изд.). Sinauer Associates, Inc., стр. 413–415. ISBN 978-0-87893-384-6.