Spemann-Mangold Organizer

Организатор Spemann -Mangold -это группа клеток, которые ответственны за индукцию нейронных тканей во время развития у эмбрионов амфибий . Впервые описанный в 1924 году Хансом Спеманном и Хильде Мангольдом , введение организатора предоставило доказательства того, что на судьбу клеток могут влиять факторы из других клеточных популяций. ^{[ 1 ]} Это открытие значительно повлияло на мир биологии развития и принципиально изменило понимание раннего развития.

Открытие

Организатор Spemann-Mangold был впервые описан в 1924 году Хансом Спеманном и Хильдой Мангольдом . До его открытия он был предположил несколько групп, что существует часть развивающегося эмбриона , который служит «организационным центром». В 1918 и 1921 годах Ганс Спеманн показал, что пересадка предполагаемого эпидермиса в область предполагаемой нервной ткани изменит судьбу трансплантированных клеток на участок их нового пункта назначения, а также, когда он пересаживал предполагаемую нейронную ткань в то, где формировался предполагаемый эпидермис. Спеман также показал, что путем пересадки кусочки из верхней бластопорной губы в область предполагаемого эпидермиса, образованного вторичного эмбрионального зачатка , включая вторичную нервную трубку , ноточорд и сомиты . Кроме того, расщепление эмбриона пополам и вращение полюса животного в отношении растительного полюса приводил к определению, распространяющемуся от нижнего растительного полюса, где была расположена верхняя губа бластопора, до половины верхнего животного. Он также слился вместе с двумя идентичными половинками от разных эмбрионов и наблюдал образование нейронная пластина . Эта работа предоставила первоначальные данные, подтверждающие представление о том, что существует какой -то «организационный центр», который был определен до другой эмбриональной ткани, и повлиял на определение окружающих клеток. ^{[ 1 ]}

Чтобы проверить гипотезу этого спемана, один из его аспирантов, Хильде Мангольд, провел эксперименты между 1921 и 1922 годами, используя эмбрионы из Тритуруса Кристатуса и Тритуруса Таениата , которые подвергались гаструляции . Выполненный эксперимент напоминал тот, который был сделан в 1918 году, однако вместо гомопластичной трансплантации она использовала эмбрионы из двух видов Ньюта, которые тесно связаны. Одним из преимуществ использования эмбрионов Cristatus и Taeniatus было то, что в клетках эмбрионов Cristatus не хватало пигмента, поэтому судьба трансплантации может быть легко отслеживается при размещении среди пигментированных клеток Taeniatus . Кусок из верхней бластопорной губы была удалена из эмбриона Cristatus и пересажена в вентральную область предполагаемого эпидермиса у эмбриона Taeniatus , вдали от развивающегося бластопора хозяина. После этой пересадки она наблюдала формирование вторичного эмбрионального зачатка, в соответствии с их предыдущей работой. Этот вторичный эмбрион имел нормальные особенности первичного эмбриона, включая такие структуры, как нейронная пластина и ноточорд, хотя они слегка отстали в разработке. Раздел эмбриона показал, что клетки от трансплантации были включены в Мезодерма , нейронная плита, и составляла почти всю ноточу вторичного эмбриона. Далее было показано, что нейронная пластина была почти полностью составлена из клеток эмбриона Taeniatus . Эти эксперименты пришли к выводу, что кусок верхней бластопорной губы может быть пересажен в безразличную ткань другого эмбриона и индуцировать ткань хозяина в образование вторичного эмбриона, что означает пересаженную ткань как «организационный центр». ^{[ 1 ]}

Обнаружение организатора Spemann-Mangold считается одним из самых влиятельных результатов в области биологии развития и привело к тому, что Ханс Спеманн получил Нобелевскую премию в 1935 году за свою работу (Мангольд трагически умер до того, как Нобелевская премия была присуждена, таким образом был был был не имеет права). Механизмы того, как работает этот организатор, были предметом десятилетий последующих исследований.

Механизм

Организатор Spemann-Mangold относится к популяции клеток в Xenopus laevis эмбрионе , которая устанавливает дорсентральные и передне-ходовые оси. ^{[ 2 ]} В то время как организатор существует у других видов, термин организатор Spemann-Mangold специально предназначен для эмбриона амфибий. Организатор Spemann-Mangold расположен в дорсальной бластопорной губе, где происходят движения гаструляции . Первоначальные клетки организатора мигрируют и локализуются спереди. Клетки организатора подразделяются на организаторы головы, багажника и хвоста. Эти различные клеточные популяции имеют разные индукторы и создают уникальные градиенты фактора роста по мере их мигрирования. Вторичные клеточные взаимодействия дополнительно устанавливают оси, поскольку гаструляция и неврогуляция продолжаются. ^{[ 3 ]}

Организатор Spemann-Mangold особенно важен при индукции мезодермы . В трех сигнальной модели дорсализирующий сигнал от организатора опосредуется градиентами морфогенного белка кости (BMP), чтобы привести к клеткам мезодермальной судьбы. Два других сигнала возникают из растительного полюса и вызывают экстремальную вентральную и дорсальную мезодерму в вышележащей маргинальной зоне. ^{[ 4 ]}

Для формирования Spemann-Mangold Organizer, материнские факторы , такие как MVEGT, должны присутствовать в вегетативной шапке. ^{[ 5 ]} Передача сигналов пути WNT является другим основным материнским сигналом в формировании организатора и требуется автономно для экспрессии генов организатора. ^{[ 2 ]} Siamois ( SIA ) и TWIN ( XTWN ) экспрессируются в начале экспрессии зиготических генов в бластуле и активируются передачей сигналов Wnt в центре блуп -хордина и NOGGIN (BCNE). ^{[ 6 ]}^{[ 5 ]} SIA и XTWN могут функционировать как гомо- или гетеродимеры, чтобы связать консервативный сайт P3 в проксимальном элементе (PE) Goosecoid ( GSC ) промотора . ^{[ 6 ]} Передача сигналов Wnt также действует с MVEGT для активации XNR5, секретируемой из центра Niewkoop , во внутренней дорсоветальной области, которая затем индуцирует дополнительные факторы транскрипции, такие как XNR1, XNR2, GSC , Chordin ( CHD ). Последний сигнал опосредуется передачей сигналов Nodal/Activin , индуцируя факторы транскрипции , которые в сочетании с SIA будут вызывать ген Cerberus ( CER ). ^{[ 5 ]}

Организатор обладает как транскрипцией, так и секретируемыми факторами. Факторы транскрипции включают госекоид, LIM1 и Xnot, которые являются белками гомеодомана . Goosecoid был первым обнаруженным геном организатора, предоставляющим «первую визуализацию ячеек организатора Spemann-Mangold и их динамических изменений во время гаструляции». ^{[ 7 ]} Хотя это было первое, что было изучено, это не первый ген, который активирован. После активации транскрипции SIA и XTWN . GSC экспрессируется в подмножестве клеток, охватывающих 60 ° дуги в дорсальной маргинальной зоне ^{[ 8 ]} Экспрессия GSC активирует экспрессию секретируемых сигнальных молекул. ^{[ 7 ]} Вентральная инъекция GSC приводит к фенотипу , как видно в оригинальном эксперименте Spemann и Mangold: двойной оси. ^{[ 8 ]}

Секретированные факторы от градиентов образу организатора у эмбриона для дифференциации тканей.

Фактор	Механизм
Хордин	БМП антагонист
Ноггин	БМП антагонист
Фоллистатин	Антагонист активина и BMP
FRZB1	Wnt антагонист
Секретированный белок-2, связанный с Frizzled (SFRP2)	Wnt антагонист
Полумесяц	Wnt антагонист
Dickkopf-1	Wnt антагонист
Цербер	Антагонист с узлами, Wnt и BMP
анти-дорсализирующий морфогенный белок (ADMP)	Фактор роста

Международное признание

После обнаружения организатора Сепманн-Мангольда многие лаборатории бросились первыми обнаружить индуцирующие факторы, ответственные за эту организацию. ^{[ 9 ]} Это создало большое международное воздействие с лабораториями в Японии, России и Германии, изменяя то, как они рассматривали и изучали организацию по развитию. ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} Однако из -за медленного прогресса в этой области многие лаборатории отодвигают научные интересы от организатора, но не до того, как было сделано влияние открытия. ^{[ 9 ]} Спустя 60 лет после открытия организатора, многие Нобелевские призы были вручены биологам по развитию за работу, на которую повлиял организатор. ^{[ 10 ]}

Япония

До середины 19 -го века Япония была закрытым обществом, которое не участвовало в достижениях в современной биологии до конца столетия. В то время многие студенты, которые уехали за границу, чтобы учиться в американских и европейских лабораториях, вернулись с новыми идеями о подходах к науке о развитии. Когда возвращающиеся студенты попытаются включить свои новые идеи в японскую экспериментальную эмбриологию, они были отвергнуты членами японского биологического общества. После публикации организатора Spemann-Mangold гораздо больше студентов пошли учиться за границу в европейских лабораториях, чтобы узнать гораздо больше об этом организаторе и вернулись, чтобы использовать эти знания, чтобы помочь в огромных преимуществах в эмбриональной биологии в то время. Открытие организатора повлияло на многие эмбриональные индукционные проекты в Японии. Например, Т. Ямада создал двойную потенциальную теорию для процесса индукции у эмбрионов. Еще одним открытием после обнаружения организатора была модифицированная карта судьбы Vogt с использованием Newt и Xenopus Blastula от исследователя Осаму Накамура. Новая концепция трансдифференциации была предложена TS Okada и G. eguchi. Эти открытия и многие другие в Японии были вдохновлены публикацией организатора Spemann и Mangold. ^{[ 9 ]}

Россия

Публикация организатора Sepmann-Mangold также оказывает огромное влияние на российские исследования в области развития. Сначала организатор Spemann не был принят в России. Российские ученые не согласны с идеей эмбриональных индукторов ( морфогенов ), потому что российские исследователи сосредоточились на моделях развития в эволюции . Только когда другой исследователь, А. Гурвитч, опубликовал свою теорию эмбриональных полей , российские ученые начали принимать другие теории развития , включая организатора Сепманн-Мангольда, поскольку он согласился со многими понятиями теории Гурвича. С этим новым влиянием лаборатории в Москве и Ленинграде начали сосредотачиваться на генетическом контроле индивидуального развития, а не на эволюционном развитии. Россия начала анализировать морфогенетические тканевые взаимодействия так же, как и Spemann, используя систему глаз. Из этого исследования Россия смогла добавить к этой области благодаря исследованию линзы и нейронной индукции , и открытие индукции линзы повлияло на начало лабораторий механиков развития в России. ^{[ 11 ]}

Германия

В Германии период, сразу после публикации Spemann-Mangold, был известен как период с небольшим прогрессом, так как многие вопросы, которые создал новый организатор, осталось нераскрытым. Целостное представление о организаторе Spemann-Mangold требовалось дополнительного исследования, поскольку многие методы не были доступны во время этой публикации. Спеманн инициировал движение развития и молекулярной биологии и повлиял на многие проекты в Германии на основе его результатов. Работа Спемана с измельченной тканью организатора указывала на наличие морфогенов, которые затем приводят к гипотезе двойного градиента Тойвонена и Саксена. Это привело к открытию того, что в исследованиях тканей содержались факторы, которые вызывали индуцированную активность. Из-за обнаружения организатора Spemann-Mangold и предположения о морфогенах лаборатории в Германии смогли еще больше узнать о механизмах развития с новыми методами для дальнейшего знаний в этой области. ^{[ 10 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Spemann, Hans (2001). «Индукция эмбриональных зачатков путем имплантации организаторов из другого вида». Международный журнал биологии развития . 45 (1): 13–38. PMID 11291841 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Воника, Алин (1 декабря 2007 г.). «Центр Xenopus nieuwkoop и организатор Spemann -Mangold совместно используют молекулярные компоненты и требование для материнской активности Wnt» . Биология развития . 312 (1): 90–102. doi : 10.1016/j.ydbio.2007.09.039 . PMC 2170525 . PMID 17964564 .
^ Нирс, Кристоф (1 июня 2004 г.). «Регионально специфическая индукция организатором Spemann -Mangold». Nature Reviews Genetics . 5 (6): 425–434. doi : 10.1038/nrg1347 . PMID 15153995 . S2CID 13176134 .
^ Пауналл, Мэри Элизабет (2010). Передача сигналов FGF в развитии позвоночных (1 изд.). Morgan & Claypool Life Sciences. ISBN 978-1615040636 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Sudou, n (май 2012 г.). «Динамическое связывание in vivo факторов транскрипции с цис-регуляторными модулями CER и GSC в ступенчатом образовании организатора Spemann-Mangold» . Разработка . 139 (9): 1651–1661. doi : 10.1242/dev.068395 . PMC 4074222 . PMID 22492356 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Bae, Sangwoo (15 апреля 2011 г.). «Siamois и Twin являются избыточными и важными в формировании организатора Spemann» . Биология развития . 352 (2): 367–381. doi : 10.1016/j.ydbio.2011.01.034 . PMC 3065516 . PMID 21295564 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Де Робертис, Эдвард М (апрель 2006 г.). «Организатор и саморегуляцию Спемана у эмбрионов амфибий» . Природа обзор молекулярной клеточной биологии . 7 (4): 296–302. doi : 10.1038/nrm1855 . PMC 2464568 . PMID 16482093 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Чо, Кен Ви (20 декабря 1991 г.). «Молекулярная природа организатора Spemann: роль гена гена Xenopus goosecoid» . Клетка . 67 (6): 1111–1120. doi : 10.1016/0092-8674 (91) 90288-A . PMC 3102583 . PMID 1684739 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Асасима, Макото (2001). «Влияние Спемана на японскую биологию развития». Международный журнал биологии развития . 45 (1): 57–65. PMID 11291871 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Grunz, Horst (2001). «Биология развития амфибий после Ганса Спеманна в Германии». Международный журнал биологии развития . 45 (1): 39–50. PMID 11291869 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Михайлов, Александр (2001). «Последствия концепции организатора Spemann-Mangold для эмбриологических исследований в России: личные впечатления». Международный журнал биологии развития . 45 (1): 83–96. PMID 11291874 .

[Spemann_1-1] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Spemann, Hans (2001). «Индукция эмбриональных зачатков путем имплантации организаторов из другого вида». Международный журнал биологии развития . 45 (1): 13–38. PMID 11291841 .

[Vonica-2] Jump up to: ^а ^{беременный} Воника, Алин (1 декабря 2007 г.). «Центр Xenopus nieuwkoop и организатор Spemann -Mangold совместно используют молекулярные компоненты и требование для материнской активности Wnt» . Биология развития . 312 (1): 90–102. doi : 10.1016/j.ydbio.2007.09.039 . PMC 2170525 . PMID 17964564 .

[Niehrs-3] Нирс, Кристоф (1 июня 2004 г.). «Регионально специфическая индукция организатором Spemann -Mangold». Nature Reviews Genetics . 5 (6): 425–434. doi : 10.1038/nrg1347 . PMID 15153995 . S2CID 13176134 .

[Pownall-4] Пауналл, Мэри Элизабет (2010). Передача сигналов FGF в развитии позвоночных (1 изд.). Morgan & Claypool Life Sciences. ISBN 978-1615040636 .

[Sudou-5] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Sudou, n (май 2012 г.). «Динамическое связывание in vivo факторов транскрипции с цис-регуляторными модулями CER и GSC в ступенчатом образовании организатора Spemann-Mangold» . Разработка . 139 (9): 1651–1661. doi : 10.1242/dev.068395 . PMC 4074222 . PMID 22492356 .

[Bae-6] Jump up to: ^а ^{беременный} Bae, Sangwoo (15 апреля 2011 г.). «Siamois и Twin являются избыточными и важными в формировании организатора Spemann» . Биология развития . 352 (2): 367–381. doi : 10.1016/j.ydbio.2011.01.034 . PMC 3065516 . PMID 21295564 .

[Robertis-7] Jump up to: ^а ^{беременный} Де Робертис, Эдвард М (апрель 2006 г.). «Организатор и саморегуляцию Спемана у эмбрионов амфибий» . Природа обзор молекулярной клеточной биологии . 7 (4): 296–302. doi : 10.1038/nrm1855 . PMC 2464568 . PMID 16482093 .

[Cho-8] Jump up to: ^а ^{беременный} Чо, Кен Ви (20 декабря 1991 г.). «Молекулярная природа организатора Spemann: роль гена гена Xenopus goosecoid» . Клетка . 67 (6): 1111–1120. doi : 10.1016/0092-8674 (91) 90288-A . PMC 3102583 . PMID 1684739 .

[Asashima-9] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Асасима, Макото (2001). «Влияние Спемана на японскую биологию развития». Международный журнал биологии развития . 45 (1): 57–65. PMID 11291871 .

[Grunz-10] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Grunz, Horst (2001). «Биология развития амфибий после Ганса Спеманна в Германии». Международный журнал биологии развития . 45 (1): 39–50. PMID 11291869 .

[Mikhailov-11] Jump up to: ^а ^{беременный} Михайлов, Александр (2001). «Последствия концепции организатора Spemann-Mangold для эмбриологических исследований в России: личные впечатления». Международный журнал биологии развития . 45 (1): 83–96. PMID 11291874 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]