Миграция первичных зародышевых клеток

Миграция первичных зародышевых клеток (ПГК) — это процесс распространения примордиальных зародышевых клеток по эмбриону во время эмбриогенеза .

Процесс

Первичные половые клетки являются одними из первых линий, возникших в процессе развития. ^{[ 1 ]} и они являются предшественниками гамет . ^{[ 2 ]} Считается, что законсервирован сам процесс миграции первичных зародышевых клеток, а не конкретные механизмы внутри него, поскольку хемоаттрактивность и отталкивание, по-видимому, были заимствованы у клеток крови , нейронов и мезодермы . ^{[ 1 ]} Для большинства организмов миграция PGC начинается в задней части эмбриона .

Этот процесс в большинстве случаев отличается от пролиферации PGC , за исключением млекопитающих , у которых оба процесса происходят одновременно. У большинства млекопитающих сначала происходит спецификация , затем миграция начинается процесс пролиферации , а затем в гонадах . ^{[ 1 ]} PGCs взаимодействуют с широким спектром типов клеток при движении из эпибласта в гонады. ^{[ 1 ]} PGCs движутся пассивно (без необходимости в энергии) вместе с нижележащими соматическими клетками , пересекают эпителиальные барьеры и реагируют на сигналы окружающей среды во время активной миграции. ^{[ 3 ]} У многих видов во время миграции зародышевых клеток приходится пересекать эпителий, а изменения адгезии наблюдаются в ПГК при их выходе из энтодермы и во время инициации активной миграции. ^{[ 3 ]} Активная миграция происходит по мере продвижения PGC к развивающейся соматической гонаде. ^{[ 3 ]} Эффективная миграция требует удлинения клеток и полярности . ^{[ 1 ]} Экологические указания необходимы для того, чтобы ПГК начали и поддерживали свою мобильность. ^{[ 3 ]} Специфические молекулярные пути активируются, чтобы обеспечить подвижность PGC. ^{[ 2 ]}

Функция

Одна из функций миграции PGC — позволить им достичь гонады, где они будут формировать сперму или ооциты . ^{[ 1 ]} Однако дополнительная функция, которую, как предполагается, выполняет эта миграция, — это контроль качества PGC. ^{[ 1 ]} Миграция происходит на ранних стадиях гаметогенеза, но PGC могут содержать дефекты, которые могут оказать негативное влияние на дальнейшее развитие - генетические мутации могут быть приобретены из-за пролиферации в бластоцисте. ^{[ 1 ]} Это делается посредством процесса отрицательного отбора: PGC, которые не могут завершить миграцию, удаляются, а предпочтение отдается тем, которые способны правильно реагировать на сигналы миграции. ^{[ 1 ]} PGC, которые способны мигрировать быстрее всего и достигать гонады, с большей вероятностью колонизируют ее и дают начало будущим гаметам. ^{[ 2 ]} PGC, которые сбиваются с маршрута или не достигают гонады, подвергаются запрограммированной гибели клеток ( апоптоз ). Считается, что каждый шаг после спецификации может функционировать как механизм отбора, обеспечивающий высочайшее качество зародышевых клеток. ^{[ 1 ]} Селективные механизмы также могут быть важны для удаления PGC с аномальными эпигенетическими метками и сохранения при этом зародышевой линии . ^{[ 1 ]}

Миграция первичных зародышевых клеток у беспозвоночных

По оценкам, у дрозофилы весь процесс миграции занимает 10 часов. ^{[ 4 ]} Все начинается с формирования ПГК; Делящиеся ядра окружаются клеточными мембранами , что происходит на заднем полюсе эмбриона . ^{[ 5 ]} Деление ядер прекращается , когда у них появляется клеточная мембрана. ^{[ 3 ]} PGCs после формирования активно подавляется. транскрипции Считается также, что процесс ^{[ 3 ]}

У дрозофилы миграция PGC начинается с пассивного движения вдоль дорсальной стороны зародыша во время гаструляции . ^{[ 4 ]} За этим следует более пассивное движение из-за инвагинации заднего зачатка средней кишки, что приводит к тому, что ПГК находятся в центре эмбриона , окруженные эпителиальными клетками , которые свернуты сами по себе. ^{[ 4 ]} Затем происходит разделение на две группы, левую и правую соответственно, поскольку они активно мигрируют латерально через эпителий , чтобы выйти из кишечника, чему способствует передача сигналов фактора роста фибробластов (FGF) и механизм, основанный на отталкивании, с использованием ферментов, кодируемых геном Wunen . ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 6 ]} Далее следует активное движение дорсально вдоль базальной стороны зародыша. ^{[ 4 ]} Посредством направленной миграции, для работы которой требуется несколько генов, одним из которых является ген Columbus (clb), который кодирует HMG-CoA-редуктазу дрозофилы , половые клетки движутся к соматическим гонадным клеткам-предшественникам и связываются с ними. ^{[ 3 ]}^{[ 6 ]} Эти два ассоциированных типа клеток затем мигрируют вместе вперед , пока не сливаются в эмбриональную гонаду на месте будущей зрелой гонады. ^{[ 4 ]}

Первичная миграция зародышевых клеток у позвоночных

В развитии позвоночных место, где определяются первичные зародышевые клетки, и последующие пути их миграции различаются у разных видов. ^{[ 1 ]}

Курица

Примордиальные половые клетки курицы первоначально определяются в области пеллюцида (слой эпибласта толщиной в одну клетку, лежащий над субгерминальным пространством). ^{[ 1 ]}^{[ 7 ]} После образования первичной полоски зародышевые клетки переносятся в область зародышевого полумесяца. ^{[ 1 ]} В отличие от большинства модельных организмов, у которых миграция зародышевых клеток происходит преимущественно через эпителий кишечника, куриные PGCs мигрируют через эмбриональный сосудистый эпителий. ^{[ 3 ]} После выхода из капиллярных сосудов завершающая стадия миграции происходит по дорсальной брыжейке к развивающейся гонаде. ^{[ 1 ]}

Мыши

У мышей PGCs специфицируются в проксимальном эпибласте и впоследствии мигрируют через примитивную полоску к энтодерме . ^{[ 3 ]} Затем PGCs внедряются в эпителий задней кишки и оттуда мигрируют в мезодерму через дорсальную брыжейку. ^{[ 1 ]}^{[ 3 ]} Затем происходит двусторонняя миграция PGCs к развивающимся гонадным гребням , которая следует паттерну, очень похожему на тот, который обнаружен у дрозофилы. ^{[ 1 ]}

данио

PGC рыб данио определяются в четырех разных местах раннего эмбриона посредством наследования зародышевой плазмы (смесь РНК и белка, часто связанная с митохондриями). ^{[ 8 ]}^{[ 3 ]} Зародышевые клетки из этих четырех мест затем будут мигрировать дорсально после снижения регуляции G-белка rgs14a, который регулирует E-кадгерин . ^{[ 1 ]} Снижение регуляции приведет к снижению межклеточной адгезии, что позволит зародышевым клеткам отделиться и начать процесс миграции. Затем миграция PGCs продолжается в направлении развивающихся сомитов 1-3. ^{[ 9 ]} Это движение координируется экспрессией хемоаттрактанта SDF1A ( стромального фактора 1a). ^{[ 3 ]} Окончательная миграция к развивающейся гонаде происходит через 13 часов после оплодотворения, после чего зародышевые клетки сливаются с соматическими клетками-предшественниками гонад. ^{[ 3 ]} Весь процесс занимает около 24 часов. ^{[ 3 ]}

Неверность ПГК

PGCs описываются как специализированные клетки на ранних стадиях эмбрионального развития , ответственные за достижение развивающейся гонады. ^{[ 3 ]}^{[ 9 ]} Однако во время их миграции наблюдается гетерогенность клеточного поведения из-за изменения клеточной морфологии с момента спецификации до колонизации. ^{[ 3 ]} К концу миграции PGC около 5% мигрирующих клеток остаются вне гонады и позже подвергаются апоптозу. ^{[ 10 ]}

Путь апоптоза во время миграционного периода происходит по внутреннему пути; тем не менее, элиминация ПГК может оказаться безуспешной и привести к образованию опухоли, известной как тератомы , производные трех зародышевых листков . ^{[ 1 ]}^{[ 11 ]} Мутации в онкогенах Pten, CyclinD1, Dmrt1 и Dnd1 у мышей приводили к тератомам яичек, а варианты связаны с теми же опухолями у людей. ^{[ 1 ]} Образование опухоли ( новообразования ) из гоноцитов плода позволяет предположить, что они неспособны поддерживать остановку пролиферативной деятельности и устойчивость к дальнейшей дифференцировке. ^{[ 1 ]}

Несмотря на это, происхождение этих тератом может отличаться от PGCs, не способных мигрировать. ^{[ 12 ]} Внегонадные герминогенные опухоли (GCT) развиваются из-за поражения по средней линии тела до мигрирующего движения PGC через заднюю кишку и медиальную брыжейку к гонадам. ^{[ 3 ]} Таким образом, человеческие GCT происходят из стволовых клеток ранних эмбрионов и зародышевой линии и, в отличие от большинства опухолей, они редко имеют соматические мутации , а вместо этого обусловлены неудачным контролем их потенциала развития, что приводит к их перепрограммированию. ^{[ 3 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д ^р ^с ^т ^в Канту, Андреа В.; Лэрд, Диана Дж. (01 октября 2017 г.). «Прогресс паломника: поиск смысла в миграции первичных зародышевых клеток» . Исследования стволовых клеток . 24 : 181–187. дои : 10.1016/j.scr.2017.07.017 . ISSN 1873-5061 . ПМЦ 5634928 . ПМИД 28754603 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Гримальди, Сесилия; Раз, Эрез (01 апреля 2020 г.). «Миграция зародышевых клеток — эволюционные проблемы и современное понимание» . Семинары по клеточной биологии и биологии развития . 100 : 152–159. дои : 10.1016/j.semcdb.2019.11.015 . ISSN 1084-9521 . PMID 31864795 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д ^р ^с Бартон, Лейси Дж.; Леблан, Мишель Г.; Леманн, Рут (01 октября 2016 г.). «В поисках пути: темы миграции зародышевых клеток» . Современное мнение в области клеточной биологии . 42 : 128–137. дои : 10.1016/j.ceb.2016.07.007 . ISSN 0955-0674 . ПМК 5064876 . ПМИД 27484857 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Коффман, Кларк Р. (май 2003 г.). «Миграция клеток и запрограммированная гибель зародышевых клеток дрозофилы» . Анналы Нью-Йоркской академии наук . 995 (1): 117–126. Бибкод : 2003NYASA.995..117C . дои : 10.1111/j.1749-6632.2003.tb03215.x . ISSN 0077-8923 . ПМИД 12814944 . S2CID 12932131 .
^ Сантос, Ана К.; Леманн, Рут (27 июля 2004 г.). «Спецификация и миграция зародышевых клеток у дрозофилы и за ее пределами» . Современная биология . 14 (14): 578–589 рэндов. дои : 10.1016/j.cub.2004.07.018 . ISSN 0960-9822 . PMID 15268881 . S2CID 17601027 .
^ Jump up to: ^а ^б Монтелл, ди-джей (июнь 1999 г.). «Генетика миграции клеток в развитии Drosophila melanogaster и Caenorhabditis elegans» . Разработка . 126 (14): 3035–3046. дои : 10.1242/dev.126.14.3035 . ISSN 0950-1991 . ПМИД 10375496 .
^ Гилберт, Скотт (2000). Биология развития . Сандерленд (Массачусетс): Sinauer Associates. стр. 100–101. ISBN 0-87893-243-7 .
^ Гримальди, Сесилия; Раз, Эрез (апрель 2020 г.). «Миграция зародышевых клеток — эволюционные проблемы и современное понимание» . Семинары по клеточной биологии и биологии развития . 100 : 152–159. дои : 10.1016/j.semcdb.2019.11.015 . PMID 31864795 .
^ Jump up to: ^а ^б Ричардсон, Брайан Э.; Леманн, Рут (январь 2010 г.). «Механизмы, управляющие миграцией первичных зародышевых клеток: стратегии разных организмов» . Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 11 (1): 37–49. дои : 10.1038/nrm2815 . ISSN 1471-0080 . ПМК 4521894 . ПМИД 20027186 .
^ Лэрд, Диана Дж.; Альтшулер-Кейлин Светлана; Кисснер, Майкл Д.; Чжоу, Синь; Андерсон, Кэтрин В. (22 декабря 2011 г.). «Ror2 усиливает полярность и направленную миграцию первичных зародышевых клеток» . ПЛОС Генетика . 7 (12): e1002428. дои : 10.1371/journal.pgen.1002428 . ISSN 1553-7404 . ПМК 3245308 . ПМИД 22216013 .
^ Лоойенга, Леендерт Х.Дж.; Ван Агтовен, Тон; Бирманн, Катарина (2013). «Развитие злокачественных половых клеток – генсредовая гипотеза» . Международный журнал биологии развития . 57 (2–3–4): 241–253. doi : 10.1387/ijdb.130026ll . ISSN 0214-6282 . ПМИД 23784835 .
^ Остерхейс, Дж. Уолтер; Лоойенга, Леендерт HJ (сентябрь 2019 г.). «Опухоли зародышевых клеток человека с точки зрения развития» . Обзоры природы Рак . 19 (9): 522–537. дои : 10.1038/s41568-019-0178-9 . ISSN 1474-1768 . ПМИД 31413324 . S2CID 199551511 .

[:0-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д ^р ^с ^т ^в Канту, Андреа В.; Лэрд, Диана Дж. (01 октября 2017 г.). «Прогресс паломника: поиск смысла в миграции первичных зародышевых клеток» . Исследования стволовых клеток . 24 : 181–187. дои : 10.1016/j.scr.2017.07.017 . ISSN 1873-5061 . ПМЦ 5634928 . ПМИД 28754603 .

[:2-2] Jump up to: ^а ^б ^с Гримальди, Сесилия; Раз, Эрез (01 апреля 2020 г.). «Миграция зародышевых клеток — эволюционные проблемы и современное понимание» . Семинары по клеточной биологии и биологии развития . 100 : 152–159. дои : 10.1016/j.semcdb.2019.11.015 . ISSN 1084-9521 . PMID 31864795 .

[:1-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д ^р ^с Бартон, Лейси Дж.; Леблан, Мишель Г.; Леманн, Рут (01 октября 2016 г.). «В поисках пути: темы миграции зародышевых клеток» . Современное мнение в области клеточной биологии . 42 : 128–137. дои : 10.1016/j.ceb.2016.07.007 . ISSN 0955-0674 . ПМК 5064876 . ПМИД 27484857 .

[:4-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Коффман, Кларк Р. (май 2003 г.). «Миграция клеток и запрограммированная гибель зародышевых клеток дрозофилы» . Анналы Нью-Йоркской академии наук . 995 (1): 117–126. Бибкод : 2003NYASA.995..117C . дои : 10.1111/j.1749-6632.2003.tb03215.x . ISSN 0077-8923 . ПМИД 12814944 . S2CID 12932131 .

[santos-5] Сантос, Ана К.; Леманн, Рут (27 июля 2004 г.). «Спецификация и миграция зародышевых клеток у дрозофилы и за ее пределами» . Современная биология . 14 (14): 578–589 рэндов. дои : 10.1016/j.cub.2004.07.018 . ISSN 0960-9822 . PMID 15268881 . S2CID 17601027 .

[:3-6] Jump up to: ^а ^б Монтелл, ди-джей (июнь 1999 г.). «Генетика миграции клеток в развитии Drosophila melanogaster и Caenorhabditis elegans» . Разработка . 126 (14): 3035–3046. дои : 10.1242/dev.126.14.3035 . ISSN 0950-1991 . ПМИД 10375496 .

[7] Гилберт, Скотт (2000). Биология развития . Сандерленд (Массачусетс): Sinauer Associates. стр. 100–101. ISBN 0-87893-243-7 .

[grim-8] Гримальди, Сесилия; Раз, Эрез (апрель 2020 г.). «Миграция зародышевых клеток — эволюционные проблемы и современное понимание» . Семинары по клеточной биологии и биологии развития . 100 : 152–159. дои : 10.1016/j.semcdb.2019.11.015 . PMID 31864795 .

[richardson-9] Jump up to: ^а ^б Ричардсон, Брайан Э.; Леманн, Рут (январь 2010 г.). «Механизмы, управляющие миграцией первичных зародышевых клеток: стратегии разных организмов» . Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 11 (1): 37–49. дои : 10.1038/nrm2815 . ISSN 1471-0080 . ПМК 4521894 . ПМИД 20027186 .

[10] Лэрд, Диана Дж.; Альтшулер-Кейлин Светлана; Кисснер, Майкл Д.; Чжоу, Синь; Андерсон, Кэтрин В. (22 декабря 2011 г.). «Ror2 усиливает полярность и направленную миграцию первичных зародышевых клеток» . ПЛОС Генетика . 7 (12): e1002428. дои : 10.1371/journal.pgen.1002428 . ISSN 1553-7404 . ПМК 3245308 . ПМИД 22216013 .

[11] Лоойенга, Леендерт Х.Дж.; Ван Агтовен, Тон; Бирманн, Катарина (2013). «Развитие злокачественных половых клеток – генсредовая гипотеза» . Международный журнал биологии развития . 57 (2–3–4): 241–253. doi : 10.1387/ijdb.130026ll . ISSN 0214-6282 . ПМИД 23784835 .

[oosterhuis-12] Остерхейс, Дж. Уолтер; Лоойенга, Леендерт HJ (сентябрь 2019 г.). «Опухоли зародышевых клеток человека с точки зрения развития» . Обзоры природы Рак . 19 (9): 522–537. дои : 10.1038/s41568-019-0178-9 . ISSN 1474-1768 . ПМИД 31413324 . S2CID 199551511 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]