Внутренняя клеточная масса
| Внутренняя клеточная масса | |
|---|---|
 Бластоциста с внутренней клеточной массой и трофобластом. | |
| Подробности | |
| Этап Карнеги | 3 |
| Дни | 6 |
| Предшественник | Бластоциста |
| Дает начало | Эпибласт , гипобласт |
| Идентификаторы | |
| латинский | эмбриобласт; внутренняя клеточная масса; мультибласт старший |
| МеШ | D053624 |
| ТО | ячейка масса_by_E6.0.1.1.2.0.4 E6.0.1.1.2.0.4 |
| ФМА | 86557 |
| Анатомическая терминология | |
Внутренняя клеточная масса ( ICM ) или эмбриобласт (известный как плюробласт у сумчатых ) представляет собой структуру на ранних стадиях развития эмбриона . Именно масса клеток внутри бластоцисты в конечном итоге даст начало дефинитивным структурам плода . Внутренняя клеточная масса формируется на самых ранних стадиях развития , до имплантации в эндометрий матки эмбрионального . [1] окружен одним слоем клеток трофобласта трофэктодермы ICM полностью .
Дальнейшее развитие
[ редактировать ]Физическое и функциональное отделение внутренней клеточной массы от трофэктодермы (TE) является особенностью развития млекопитающих и первой спецификацией клеточных линий у этих эмбрионов. После оплодотворения в яйцеводе эмбрион млекопитающих подвергается относительно медленному дроблению с образованием восьмиклеточной морулы . Каждая клетка морулы, называемая бластомером, увеличивает поверхностный контакт со своими соседями в процессе, называемом уплотнением. Это приводит к поляризации клеток внутри морулы, и в результате дальнейшего расщепления образуется бластоциста, состоящая примерно из 32 клеток. [2] У мышей около 12 внутренних клеток составляют новую внутреннюю клеточную массу, а 20–24 клетки составляют окружающую трофэктодерму. [3] [4] Между видами млекопитающих существуют различия в количестве клеток при уплотнении: у эмбрионов крупного рогатого скота различия, связанные с уплотнением, наблюдаются уже на 9-15 клетках, а у кроликов - только после 32 клеток. [5] Существуют также межвидовые различия в характере экспрессии генов у ранних эмбрионов. [6]
ICM и TE будут генерировать совершенно разные типы клеток по мере начала имплантации и продолжения эмбриогенеза. Клетки трофэктодермы образуют внеэмбриональные ткани, которые выполняют вспомогательную роль для самого эмбриона. Более того, эти клетки перекачивают жидкость внутрь бластоцисты, вызывая образование поляризованной бластоцисты с ICM, прикрепленным к трофэктодерме на одном конце (см. Рисунок). Эта разница в клеточной локализации приводит к тому, что клетки ICM, находящиеся в полости с жидкостью, принимают судьбу примитивной энтодермы (или гипобласта), в то время как оставшиеся клетки принимают судьбу примитивной эктодермы (или эпибласта). Гипобласт . участвует во внеэмбриональных мембранах, а эпибласт дает начало собственно эмбриону, а также некоторым внеэмбриональным тканям [2]
Регулирование клеточной спецификации
[ редактировать ]Поскольку сегрегация плюрипотентных клеток внутренней клеточной массы от остальной части бластоцисты является неотъемлемой частью развития млекопитающих, были проведены значительные исследования для выяснения соответствующих клеточных и молекулярных механизмов этого процесса. Основной интерес представляет то, какие транскрипционные факторы и сигнальные молекулы управляют асимметричными делениями бластомеров, приводящими к так называемым внутренним и внешним клеткам и, таким образом, к спецификации клеточных клонов. Однако из-за изменчивости и регулятивной природы эмбрионов млекопитающих экспериментальные доказательства установления этих ранних судеб остаются неполными. [3]
На уровне транскрипции все транскрипционные факторы Oct4, Nanog, Cdx2 и Tead4 участвуют в установлении и усилении спецификации ICM и TE у ранних эмбрионов мышей. [3]
- Oct4: Oct4 экспрессируется в ICM и участвует в поддержании его плюрипотентности, роль, которая была повторена в эмбриональных стволовых клетках мыши, полученных из ICM. [7] 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 соседнего полярного TE. [7]
- Nanog: Nanog также экспрессируется в ICM и участвует в поддержании его плюрипотентности. В отличие от Oct4 , исследования на мышах Nanog -null не показывают реверсию ICM к TE-подобной морфологии, но демонстрируют, что потеря Nanog предотвращает образование ICM примитивной эндодермы. [8]
- Cdx2: Cdx2 сильно выражен в TE и необходим для поддержания его спецификации. Мыши, нокаутные по гену Cdx2 , подвергаются уплотнению, но теряют целостность эпителия TE на поздней стадии бластоцисты. Более того, экспрессия Oct4 впоследствии повышается в этих клетках TE, что указывает на то, что Cdx2 играет роль в подавлении Oct4 в этой клеточной линии. Более того, эмбриональные стволовые клетки могут быть получены из мышей с нулевым Cdx2 , демонстрируя, что Cdx2 не является существенным для спецификации ICM. [9]
- Tead4: Как и Cdx2 , Tead4 необходим для функции TE, хотя фактор транскрипции экспрессируется повсеместно. Мыши с Tead4 -null аналогичным образом подвергаются уплотнению, но не способны образовывать полость бластоцеля. Подобно Cdx2 -нулевым эмбрионам, Tead4-нулевые эмбрионы могут давать эмбриональные стволовые клетки, указывая на то, что Tead4 необязателен для спецификации ICM. [10] Недавняя работа показала, что Tead4 может способствовать усилению регуляции Cdx2 в TE, а его транскрипционная активность зависит от коактиватора Yap. Ядерная локализация Yap во внешних клетках позволяет ему вносить вклад в специфичность TE, тогда как внутренние клетки изолируют Yap в цитоплазме посредством процесса фосфорилирования. [11]
Вместе эти факторы транскрипции функционируют в петле положительной обратной связи , которая усиливает клеточное распределение ICM в TE. Начальная поляризация бластомеров происходит на стадии 8-16 клеток. Апикально-базолатеральная полярность видна благодаря визуализации апикальных маркеров, таких как Par3, Par6 и aPKC, а также базального маркера E-кадгерина. [3] Считается, что установление такой полярности во время уплотнения создает идентичность окружающей среды для внутренних и внешних клеток эмбриона. Следовательно, стохастическая экспрессия вышеупомянутых факторов транскрипции усиливается в петлю обратной связи, которая определяет судьбу внешних клеток на судьбу TE, а внутри клеток - судьбу ICM. В модели апикальная среда включает Cdx2 , который усиливает свою собственную экспрессию посредством нижестоящего транскрипционного фактора Elf5. Вместе с третьим фактором транскрипции, Eomes, эти гены подавляют гены плюрипотентности, такие как Oct4 и Nanog, во внешних клетках. [3] [9] Таким образом, ТЕ уточняется и дифференцируется. не включается Однако внутри клеток ген Cdx2 и экспрессируются высокие уровни Oct4 , Nanog и Sox2 . [3] [4] Эти гены подавляют Cdx2 , и внутренние клетки сохраняют плюрипотентность, генерируя ICM и, в конечном итоге, остальную часть самого эмбриона.
Хотя эта дихотомия генетических взаимодействий явно необходима для разделения бластомеров мышиного эмбриона как на ICM, так и на TE идентичности, инициация этих петель обратной связи остается дискутируемой. Неясно, устанавливаются ли они стохастически или посредством еще более ранней асимметрии, и текущие исследования направлены на выявление более ранних маркеров асимметрии. Например, некоторые исследования коррелируют первые два расщепления во время эмбриогенеза относительно предполагаемых животных и растительных полюсов с окончательной спецификацией. Асимметричное разделение эпигенетической информации во время этих первых двух расщеплений, а также ориентация и порядок, в котором они происходят, могут способствовать положению клетки либо внутри, либо снаружи морулы. [12] [13]
Стволовые клетки
[ редактировать ]Бластомеры, выделенные из ICM эмбрионов млекопитающих и выращенные в культуре, известны как эмбриональные стволовые (ЭС) клетки. Эти плюрипотентные клетки при выращивании в тщательно скоординированной среде могут давать начало всем трем зародышевым листкам (эктодерме, энтодерме и мезодерме) взрослого организма. [14] Например, фактор транскрипции LIF4 необходим для поддержания мышиных ES-клеток in vitro. [15] Бластомеры диссоциируются от изолированного ICM в ранних бластоцистах, а их транскрипционный код, управляемый Oct4 , Sox2 и Nanog , помогает поддерживать недифференцированное состояние.
Одним из преимуществ регуляторной природы развития эмбрионов млекопитающих является манипулирование бластомерами ICM для создания нокаутных мышей . У мышей мутации интересующего гена могут быть ретровирусно введены в культивируемые ES-клетки, и они могут быть повторно введены в ICM интактного эмбриона. В результате получается химерная мышь, часть клеток которой содержит геном ES-клеток. Целью такой процедуры является включение мутировавшего гена в зародышевую линию мыши так, чтобы в ее потомстве отсутствовала одна или обе аллели интересующего гена. Генетики широко используют эту технику манипуляции ICM при изучении функции генов в системе млекопитающих. [2] [14]
Дополнительные изображения
[ редактировать ]
Бластодермический везикула мышиной Vespertilio.
Срез эмбрионального диска Vespertilio murinus.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гилберт, Скотт Ф. (2000). «Раннее развитие млекопитающих» . Биология развития. 6-е издание . Проверено 13 мая 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Вулперт, Льюис (2006). Принципы развития (3-е изд.). Oxford University Press Inc. Нью-Йорк: ISBN 978-0199275373 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Марикава, Юсуке и др. Установление линий трофэктодермы и внутренней клеточной массы в эмбрионе мыши. Молекулярное воспроизведение и развитие 76: 1019–1032 (2009).
- ^ Перейти обратно: а б Сувинска А, Чоловска Р, Оздзеинский В, Тарковский АК. 2008. Бластомеры эмбрионов 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.
- ^ Кояма и др. 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 г.
- ^ Kuijk, et al. Валидация эталонных генов для количественных исследований RT-PCR в ооцитах свиней и предимплантационных эмбрионах BMC Developmental Biology 2007, 7:58 doi:10.1186/1471-213X-7-58
- ^ Перейти обратно: а б Николс Дж., Зевник Б., Анастассиадис К., Нива Х., Клеве-Небениус Д., Чемберс И., Шолер Х., Смит А. 1998. Формирование плюрипотентных стволовых клеток в эмбрионе млекопитающих зависит от транскрипционного фактора POU Oct4. Ячейка 95: 379–391.
- ^ Родда DJ, Чу Дж.Л., Лим Л.Х., Ло Й.Х., Ван Б., Нг Х.Х., Робсон П. 2005. Регуляция транскрипции nanog с помощью OCT4 и SOX2. J Biol Chem 280: 24731–24737.
- ^ Перейти обратно: а б Стрампф Д., Мао К.А., Яманака Ю., Ралстон А., Чавенгсаксофак К., Бек Ф., Россант Дж. 2005. Cdx2 необходим для правильной спецификации судьбы клеток и дифференцировки трофэктодермы в бластоцисте мыши. Разработка 132:2093–2102.
- ^ Нисиока Н., Ямамото С., Кийонари Х., Сато Х., Савада А., Ота М., Накао К., Сасаки Х. 2008. Tead4 необходим для спецификации трофэктодермы в эмбрионах мышей перед имплантацией. Мех Дев 125: 270–283.
- ^ Нишиока Н. и др. 2009. Компоненты сигнального пути Hippo Lats и Yap моделируют активность Tead4, позволяющую отличать трофэктодерму мыши от внутренней клеточной массы. Ячейка разработки 16: 398–410.
- ^ Бишофф, Маркус и др. Формирование эмбрионально-абэмбриональной оси бластоцисты мыши: взаимосвязь между ориентацией ранних делений дробления и характером симметричных/асимметричных делений. Развитие 135, 953-962 (2008)
- ^ Едрусик, Агнешка и др. Роль Cdx2 и полярности клеток в распределении клеток и спецификации трофэктодермы и внутренней клеточной массы эмбриона мыши. Генс Дев. 2008 22: 2692-2706
- ^ Перейти обратно: а б Робертсон, Элизабет и др. Передача генов по зародышевой линии, введенных в культивируемые плюрипотентные клетки ретровирусным вектором. Природа 323, 445–448 (2 октября 1986 г.)
- ^ Смит А.Г., Хит Дж.К., Дональдсон Д.Д., Вонг Г.Г., Моро Дж., Шталь М. и Роджерс Д. (1988)Ингибирование плюрипотентной дифференцировки эмбриональных стволовых клеток очищенными полипептидами. Природа, 336, 688–690.