Региональная дифференциация

В области биологии развития региональная дифференциация представляет собой процесс, посредством которого идентифицируются различные области в развитии раннего эмбриона . Процесс, посредством которого клетки становятся специфическими, различается у разных организмов .

Определение судьбы клеток

Основная статья: Определение судьбы клеток

С точки зрения приверженности развитию клетка может быть либо определена, либо определена. Спецификация – это первый этап дифференциации. Указанная ячейка может отменить свое обязательство, в то время как определенное состояние является необратимым. Существует два основных типа спецификации: автономная и условная. Клетка, определенная автономно, разовьется в специфическую судьбу, основанную на цитоплазматических детерминантах, независимо от среды, в которой находится клетка. Клетка, определенная условно, разовьется в специфическую судьбу, основанную на других окружающих клетках или морфогена градиентах . Другой тип спецификации — синцитиальная спецификация, характерная для большинства классов насекомых .

Спецификация морских ежей использует как автономные, так и условные механизмы для определения передней/задней оси. Передняя/задняя ось лежит вдоль животной/растительной оси, образующейся во время дробления . Микромеры вызывают превращение близлежащих тканей в энтодерму , в то время как клетки животных превращаются в эктодерму . Животные клетки не детерминированы, поскольку микромеры могут индуцировать животные клетки также принимать мезодермальные и энтодермальные судьбы. Было обнаружено, что β-катенин присутствовал в ядрах вегетативного полюса бластулы . Посредством серии экспериментов одно исследование подтвердило роль β-catenin в клеточно-автономной спецификации судеб вегетативных клеток и способности индуцировать микромеры. Обработка хлоридом лития, достаточная для вегетализации эмбриона, привела к увеличению локализованного в ядре b-катенина. Снижение экспрессии β-катенина в ядре коррелирует с потерей судеб вегетативных клеток. Трансплантаты микромеров, лишенных ядерного накопления β-катенина, не смогли индуцировать вторую ось.

Что касается молекулярного механизма β-катенина и микромеров, было замечено, что Notch равномерно присутствовал на апикальной поверхности ранней бластулы, но терялся во вторичных мезенхимных клетках (ГМК) во время поздней бластулы и обогащался презумптивными энтодермальными клетками в поздней бластуле. поздняя бластула. Notch одновременно необходим и достаточен для определения SMC. Микромеры экспрессируют на своей поверхности лиганд Notch, Delta, индуцируя образование SMC.

Высокие уровни b-катенина в ядре являются результатом большого накопления растрепанного белка на вегетативном полюсе яйца. растрепанный инактивирует GSK-3 и предотвращает фосфорилирование β-катенина. Это позволяет β-катенину избежать деградации и проникнуть в ядро. Единственная важная роль β-катенина — активация транскрипции гена Pmar1. Этот ген репрессирует репрессор, позволяя экспрессировать гены микромеров.

Аборальная /оральная ось (аналогично дорсальной/вентральной осям у других животных) определяется узловым гомологом. Этот узел локализовался на будущей оральной стороне эмбриона. Эксперименты подтвердили, что nodal одновременно необходим и достаточен для развития оральной судьбы. Узловой узел также играет роль в формировании левой/правой оси.

оболочники

Оболочники были популярным выбором для изучения региональной спецификации, поскольку оболочники были первым организмом, у которого была обнаружена автономная спецификация, а оболочники эволюционно связаны с позвоночными.

Ранние наблюдения за оболочниками привели к выявлению желтого полумесяца (также называемого миоплазмой). Эта цитоплазма была выделена в будущие мышечные клетки и в случае трансплантации могла бы вызвать образование мышечных клеток. Цитоплазматическая детерминанта macho-1 была выделена как необходимый и достаточный фактор для образования мышечных клеток. Как и у морских ежей, накопление b-катенина в ядрах было идентифицировано как необходимое и достаточное для индукции эндодермы.

Еще две клеточные судьбы определяются условной спецификацией. Энтодерма посылает сигнал фактора роста фибробластов (FGF), чтобы определить судьбу хорды и мезенхимы. Передние клетки реагируют на FGF, становясь нотокордом, тогда как задние клетки (определяемые по наличию мачо-1) реагируют на FGF, становясь мезенхимой.

Цитоплазма яйца не только определяет судьбу клеток, но также определяет дорсальную/вентральную ось. Цитоплазма вегетативного полюса определяет эту ось, и удаление этой цитоплазмы приводит к потере информации об оси. Желтая цитоплазма определяет переднюю/заднюю ось. Когда желтая цитоплазма перемещается к задней части яйца и становится задней вегетативной цитоплазмой (ПВХ), указывается передняя/задняя ось. Удаление ПВХ приводит к потере оси, тогда как трансплантация в переднюю часть меняет ось.

К. Элеганс

На двухклеточной стадии эмбрион нематоды C. elegans демонстрирует мозаичное поведение . Есть две ячейки: ячейка P1 и ячейка AB. Клетка P1 смогла создать все предназначенные ей клетки, в то время как клетка AB могла создать только часть клеток, которые ей было суждено произвести. Таким образом, первое деление дает автономную спецификацию двух клеток, но клеткам AB требуется условный механизм для производства всех своих предназначенных клеток.

Линия AB дает начало нейронам, коже и глотке. Клетка P1 делится на EMS и P2. Клетка EMS делится на MS и E. Линия MS дает начало глотке, мышцам и нейронам. Линия Е дает начало кишечнику. Клетка P2 делится на клетки-основатели P3 и C. Клетки-основатели C дают начало мышцам, коже и нейронам. Клетка P3 делится на клетки-основатели P4 и D. Клетки-основатели D дают начало мышцам, а линия P4 дает начало зародышевой линии.

• Спецификация оси

Передняя/задняя ось определяется сперматозоидом на задней стороне. На двухклеточной стадии передней клеткой является клетка AB, а задней клеткой является клетка P1. Дорсальная/вентральная ось животного задается случайным положением клеток на четырехклеточной стадии эмбриона. Дорсальная клетка — это клетка ABp, а вентральная клетка — это клетка EMS.

• Локализация цитоплазматических детерминант

Автономная спецификация C. elegans обусловлена ​​различными цитоплазматическими детерминантами. Белки PAR ответственны за разделение этих детерминант у раннего эмбриона. Эти белки расположены на периферии зиготы и играют роль во внутриклеточной передаче сигналов. Текущая модель функции этих белков заключается в том, что они вызывают локальные изменения в цитоплазме, которые приводят к различному накоплению белка в задней и передней части. Mex-5 накапливается в передней части, тогда как гранулы PIE-1 и P (см. ниже) накапливаются в задней части.

• Спецификация зародышевой линии

P-гранулы были идентифицированы как цитоплазматические детерминанты. Хотя эти гранулы равномерно присутствуют при оплодотворении, они локализуются в задней клетке P1 до первого деления. Эти гранулы далее локализуются между каждым делением на P-клетки (например, P2, P3) до тех пор, пока после четвертого деления они не помещаются в клетки P4, которые становятся зародышевой линией.

• Спецификация ячеек EMS и P1

Другие белки, которые, вероятно, функционируют как локализованные цитоплазматические детерминанты в линии P1, включают SKN-1, PIE-1 и PAL-1.

SKN-1 представляет собой цитоплазматическую детерминанту, которая локализована в линии клеток P1 и определяет судьбу клеток EMS. PIE-1 локализован в линии клеток P2 и является общим репрессором транскрипции. SKN-1 репрессируется в клетках P2 и не способен определять судьбу EMS в этих клетках. Репрессивная активность PIE-1 необходима для предотвращения дифференциации зародышевой линии.

• Спецификация клеток-основателей C и D

PAL-1 необходим для определения судьбы клеток-основателей C и D (полученных из линии P2). Однако PAL-1 присутствует как в EMS, так и в P2. В норме активность PAL-1 подавляется при EMS с помощью SKN-1, но не репрессируется в P2. Клетки-основатели C и D зависят от PAL-1, но есть еще один фактор, который необходим, чтобы отличить C от D.

• Спецификация линии E

Спецификация линии E зависит от сигналов от P2 к клетке EMS. компоненты передачи сигналов Wnt Были задействованы , которые были названы мамскими генами. Mom-2 является членом семейства белков Wnt (т.е. сигнальным), а Mom-5 является членом семейства белков Fizzled (т.е. рецептором).

• Спецификация ABa и ABp

Спецификация ABa и ABp зависит от другого события передачи сигналов между клетками. Разница между этими двумя типами клеток заключается в том, что ABa дает начало передней части глотки, тогда как ABp не участвует в формировании глотки. Сигнал от MS на стадии 12 клеток индуцирует глотку в клетках потомства ABa, но не в потомстве ABp. Сигналы от клеток P2 предотвращают формирование глотки ABp. Было обнаружено, что этот сигнал от P2 представляет собой APX-1 в семействе белков Delta. Известно, что эти белки являются лигандами белка Notch . GLP-1, белок Notch, также необходим для спецификации судьбы ABp.

Дрозофила

Смотрите также: Эмбриогенез дрозофилы и материнский эффект.

Передняя/задняя ось

Передний/задний рисунок дрозофилы происходит от трех материнских групп генов. Передняя группа образует структуру головы и грудных сегментов. Задняя группа образует брюшные сегменты, а терминальная группа — передние и задние терминальные области, называемые терминалиями (акрон в передней части и тельсон в задней части).

Гены передней группы включают бикоид. Бикоид функционирует как градуированный фактор транскрипции морфогена, который локализуется в ядре. Головка эмбриона формируется в точке наибольшей концентрации бикоида, а передний рисунок зависит от концентрации бикоида. Бикоид действует как активатор транскрипции генов разрыва горбун (hb), пуговица (btd), пустые дыхальца (ems) и ортодентальный (otd), а также подавляет трансляцию каудального. Различное сродство к бикоиду в промоторах генов, которые он активирует, обеспечивает активацию, зависящую от концентрации. Otd имеет низкое сродство к бикоиду, hb имеет более высокое сродство и поэтому будет активирован при более низкой концентрации бикоида. Два других гена передней группы, глотание и exuperantia, играют роль в локализации бикоида в передней части. Бикоид направлен вперед своей 3'-нетранслируемой областью (3'UTR). Цитоскелет микротрубочек также играет роль в локализации бикоида.

Гены задней группы включают nanos. Подобно bicoid, nanos локализуется на заднем полюсе как градуированный морфоген. Единственная роль nanos — репрессировать материнскую транскрибируемую мРНК «горбун» в задней части. Другой белок, pumilio, необходим нано, чтобы подавлять горбуна. Другие задние белки, oskar (который связывает мРНК nanos), Tudor, vasa и Valois, локализуют детерминанты зародышевой линии и nanos сзади.

В отличие от передних и задних, информация о положении терминалий поступает от фолликулярных клеток яичника. Терминалии определяются под действием тирозинкиназы рецептора туловища. Клетки фолликула секретируют туловищную секрецию в перивителлиновое пространство только на полюсах. Подобный Торсу расщепляет пропептидный Ствол, который, по-видимому, является лигандом Торса. Туловище активирует Торс и вызывает каскад сигнальной трансдукции, который подавляет репрессор транскрипции Граучо, который, в свою очередь, вызывает активацию генов терминальной щели Tailless и Huckebein.

Сегментация и гомеозисные гены

Паттерн материнских генов влияет на экспрессию генов сегментации . Гены сегментации представляют собой эмбрионально экспрессируемые гены, которые определяют количество, размер и полярность сегментов. Гены разрыва находятся под прямым влиянием материнских генов и экспрессируются в локальных и перекрывающихся регионах вдоль передней/задней оси. На эти гены влияют не только материнские гены, но и эпистатические взаимодействия между другими генами разрыва.

Гены разрыва активируют гены парного правила . Каждый ген парного правила экспрессируется в семи полосах в результате комбинированного эффекта генов пробела и взаимодействия между другими генами парного правила. Гены парного правила можно разделить на два класса: первичные гены парного правила и вторичные гены парного правила. Первичные гены парных правил способны влиять на вторичные гены парных правил, но не наоборот. Молекулярный механизм регуляции первичных генов парного правила был понят посредством комплексного анализа регуляции четно-пропущенного. Как положительные, так и отрицательные регуляторные взаимодействия как материнских, так и гэп-генов, а также уникальная комбинация транскрипционных факторов способствуют экспрессии даже пропуска в разных частях эмбриона. Один и тот же ген разрыва может действовать положительно на одну полосу и отрицательно на другую.

Экспрессия генов парного правила транслируется в экспрессию генов полярности сегментов в 14 полосах. Роль генов полярности сегментов заключается в определении границ и полярности сегментов. Считается, что средства, с помощью которых гены достигают этого, включают бескрылое и ступенчатое распределение сигналов или каскад сигналов, инициируемых этими белками. В отличие от генов разрыва и правила пар, гены полярности сегментов функционируют внутри клеток, а не внутри синцития. Т.о., гены полярности сегментов влияют на формирование паттерна посредством передачи сигналов, а не автономно. Кроме того, гены разрыва и правила пар экспрессируются временно, в то время как экспрессия генов полярности сегментов сохраняется на протяжении всего развития. Продолжающаяся экспрессия генов полярности сегментов поддерживается петлей обратной связи с участием ежей и бескрылых.

В то время как гены сегментации могут определять количество, размер и полярность сегментов, гомеозисные гены могут определять идентичность сегмента. Гомеозисные гены активируются генами пробелов и генами парного правила. Комплекс Antennapedia и комплекс bithorax на третьей хромосоме содержат основные гомеотические гены, необходимые для определения сегментной идентичности (фактически парасегментарной идентичности). Эти гены являются факторами транскрипции и экспрессируются в перекрывающихся участках, которые коррелируют с их положением на хромосоме. Эти факторы транскрипции регулируют другие факторы транскрипции, молекулы клеточной поверхности, участвующие в клеточной адгезии, и другие клеточные сигналы. Позже, во время развития, гомеозисные гены экспрессируются в нервной системе по аналогичному переднему/заднему образцу. Гомеозисные гены сохраняются на протяжении всего развития за счет модификации состояния конденсации их хроматина. Гены Polycomb поддерживают хроматин в неактивной конформации, тогда как гены trithorax поддерживают хроматин в активной конформации.

Все гомеозисные гены имеют общий сегмент белка со схожей последовательностью и структурой, называемый гомеодоменом (последовательность ДНК называется гомеобоксом). Эта область гомеозисных белков связывает ДНК. Этот домен был обнаружен в других белках-регуляторах развития, таких как бикоид, а также у других животных, включая человека. Молекулярное картирование показало, что кластер генов HOX был унаследован в неизмененном виде от общего предка мух и млекопитающих, что указывает на то, что это фундаментальная система регуляции развития.

Дорсальная/вентральная ось

Материнский белок Dorsal действует как градуированный морфоген, определяя вентральную сторону эмбриона (название происходит от мутаций, которые привели к дорсализованному фенотипу). Дорсальный похож на бикоид в том смысле, что это ядерный белок; однако, в отличие от бикоида, дорсальный равномерно распределен по всему зародышу. Разница в концентрации возникает из-за дифференциального ядерного транспорта. Механизм, с помощью которого дорсальный l становится дифференциально расположенным в ядрах, происходит в три этапа.

Первый этап происходит на дорсальной стороне эмбриона. Ядро ооцита движется по микротрубочкам к одной стороне ооцита. Эта сторона посылает сигнал гуркен рецепторам торпеды на клетках фолликула. Рецептор торпеды обнаружен во всех клетках фолликула; однако сигнал гуркена обнаруживается только на передней дорсальной стороне ооцита. Клетки фолликула меняют форму и синтетические свойства, чтобы отличить дорсальную сторону от вентральной. Эти клетки дорсального фолликула не способны производить белок трубочки, необходимый для второго этапа.

Второй этап — это сигнал от клеток вентрального фолликула обратно к ооциту. Этот сигнал действует после того, как яйцеклетка покинула клетки фолликула, поэтому этот сигнал сохраняется в перивителлиновом пространстве. Клетки фолликула секретируют виндбейтель, нудель и пайп, которые создают комплекс, активирующий протеазу. Поскольку клетки дорсального фолликула не экспрессируют трубку, они не способны создавать этот комплекс. Позже эмбрион секретирует три неактивные протеазы ( гаструляционно-дефектная, змеиная и пасхальная ) и неактивный лиганд ( шпетцле ) в перивителлиновое пространство. Эти протеазы активируются комплексом и расщепляют шпацле в активную форму. Этот активный белок распределяется в вентрально-дорсальном градиенте. Toll представляет собой рецепторную тирозинкиназу шпетцле и передает градуированный сигнал шпетцле через цитоплазму для фосфорилирования кактуса . После фосфорилирования кактус больше не связывается с дорсальной частью, позволяя ему свободно проникать в ядро. Количество высвобождаемого дорсального белка зависит от количества присутствующего белка spätzle .

Третьим этапом является региональная экспрессия зиготических генов декапентаплегический ( dpp ), zerknüllt , tolloid , wwist , snail и rhomboid за счет экспрессии дорсальных в ядре. улитки необходимы высокие уровни дорсала Для включения транскрипции твиста и . Низкие уровни дорсала могут активировать транскрипцию ромбовидной кости. Дорсальный репрессирует транскрипцию zerknüllt, tolloid и dpp. Зиготические гены также взаимодействуют друг с другом, ограничивая свои домены экспрессии.

Земноводные

Дорсальная/вентральная ось и организатор

Между оплодотворением и первым дроблением у эмбрионов Xenopus корковая цитоплазма зиготы поворачивается относительно центральной цитоплазмы примерно на 30 градусов, обнажая (у некоторых видов) серый полумесяц в краевой или средней части эмбриона. Вращение коры обеспечивается моторами микротрубочек, движущимися вдоль параллельных массивов корковых микротрубочек. Этот серый полумесяц отмечает будущую спинную сторону эмбриона. Блокирование этого вращения предотвращает формирование дорсальной/вентральной оси. На поздней стадии бластулы эмбрионы Xenopus имеют четкую дорсальную/вентральную ось.

В ранней гаструле большая часть ткани зародыша не определяется. Единственным исключением является передняя часть дорсальной губы бластопора. Когда эту ткань пересадили в другую часть эмбриона, она развивалась как обычно. Кроме того, эта ткань была способна индуцировать формирование еще одной дорсальной/вентральной оси. Ганс Спеман назвал эту область организатором, а индукцию дорсальной оси — первичной индукцией.

Организатор индуцируется из дорсальной вегетативной области, называемой центром Ньюкупа . Эмбрионы на стадии бластулы обладают множеством различных потенциалов развития. Вегетативный колпачок может давать начало только энтодермальным типам клеток, тогда как животный колпачок может давать начало только эктодермальным типам клеток. Однако маргинальная зона может давать начало большинству структур эмбриона, включая мезодерму . Серия экспериментов Питера Ньюкупа показала, что если краевую зону удалить и разместить анималистическую и вегетативную шляпки рядом друг с другом, то мезодерма происходит из анимальной шляпки, а дорсальные ткани всегда прилегают к дорсальным вегетативным клеткам. Таким образом, эта дорсальная растительная область, названная центром Ньюкопа, смогла вызвать образование организатора.

Анализы двойников идентифицировали белки Wnt как молекулы из центра Ньюкупа, которые могут определять дорсальную/вентральную ось. В анализах двойников молекулы вводятся в вентральный бластомер эмбриона на четырехклеточной стадии. Если молекулы определяют дорсальную ось, на вентральной стороне будут формироваться дорсальные структуры. Белки Wnt не были необходимы для спецификации оси, но исследование др. белков пути Wnt привело к открытию, что β-катенин необходим. β-катенин присутствует в ядрах на дорсальной стороне, но не на вентральной стороне. Уровни β-катенина регулируются GSK-3. В активном состоянии GSK-3 фосфорилирует свободный β-катенин, который затем подвергается деградации. Есть две возможные молекулы, которые могут регулировать GSK-3: GBP (GSK-3-связывающий белок) и Disheveled . Текущая модель заключается в том, что они действуют вместе, ингибируя активность GSK-3. Disheveled способен индуцировать вторичную ось при сверхэкспрессии и присутствует на более высоких уровнях на дорсальной стороне после кортикальной ротации ( Нарушение симметрии и кортикальная ротация ). Однако истощение Растрепанного не имеет никакого эффекта. GBP оказывает влияние как при истощении, так и при чрезмерной экспрессии. Недавние данные, однако, показали, что Xwnt11, молекула Wnt, экспрессируемая у Xenopus , является одновременно достаточной и необходимой для формирования дорсальной оси.

Формирование мезодермы происходит по двум сигналам: один для вентральной части и один для дорсальной части. Анализы на животных использовали для определения молекулярных сигналов от вегетативного чехла, которые способны индуцировать образование мезодермы на животных. При анализе колпачка на животных интересующие молекулы либо наносятся в среду, в которой выращивается колпачок, либо инъецируются в виде мРНК в ранний эмбрион. Эти эксперименты идентифицировали группу молекул, семейство трансформирующего фактора роста-β (TGF-β). При доминантно-негативных формах TGF-β ранние эксперименты смогли идентифицировать только семейство задействованных молекул, а не конкретного члена. Недавние эксперименты идентифицировали белки, связанные с узлами Xenopus (Xnr-1, Xnr-2 и Xnr-4), как сигналы, индуцирующие мезодерму. Ингибиторы этих лигандов предотвращают образование мезодермы, и эти белки демонстрируют градуированное распределение вдоль дорсальной/вентральной оси.

Вегетативная локализация мРНК, VegT и, возможно, Vg1, участвует в индукции эндодермы. Предполагается, что VegT также активирует белки Xnr-1,2,4. VegT действует как фактор транскрипции, активируя гены, определяющие судьбу эндодермы, тогда как Vg1 действует как паракринный фактор.

β-катенин в ядре активирует два фактора транскрипции: сиамский и близнецовый. β-катенин также действует синергично с VegT, продуцируя высокие уровни Xnr-1,2,4. Сиамоис будет действовать синергически с Xnr-1,2,4, активируя высокий уровень транскрипционных факторов, таких как гусекоид, в организаторе. Области эмбриона с более низкими уровнями Xnr-1,2,4 будут экспрессировать вентральную или латеральную мезодерму. Ядерный β-катенин работает синергически с сигналом судьбы мезодермальных клеток, создавая сигнальную активность центра Ньюкупа, чтобы индуцировать образование организатора в дорсальной мезодерме.

Функция органайзера

За активность организатора отвечают два класса генов: факторы транскрипции и секретируемые белки. Гусекоид (который имеет гомологию между бикоидом и крыжовником) является первым известным геном, который экспрессируется в организаторе, и его достаточно и необходимо для определения вторичной оси.

Организатор индуцирует превращение вентральной мезодермы в латеральную мезодерму, индуцирует образование в эктодерме нервной ткани и индуцирует дорсальные структуры в энтодерме. Механизмом этих индукций является ингибирование сигнального пути костного морфогенетического белка 4 , который вентрализует эмбрион. В отсутствие этих сигналов эктодерма возвращается к состоянию нервной ткани по умолчанию. Четыре из секретируемых молекул организатора, хордин, ноггин, фоллистатин и Xenopus Nodal-Related-3 (Xnr-3), напрямую взаимодействуют с BMP-4 и блокируют его способность связываться с рецептором. Таким образом, эти молекулы создают градиент BMP-4 вдоль дорсальной/вентральной оси мезодермы.

BMP-4 в основном действует в области туловища и хвоста эмбриона, тогда как в области головы работает другой набор сигналов. Xwnt-8 экспрессируется по всей вентральной и латеральной мезодерме. Энтомезодерма (может давать начало как энтодерме, так и мезодерме) на переднем крае архентерона (будущего переднего) секретирует три фактора Cerberus , Dickkopf и Frzb . Хотя Cerberus и Frzb связываются непосредственно с Xwnt-8, чтобы предотвратить его связывание с рецептором, Cerberus также способен связываться с BMP-4 и Xnr1. Кроме того, Диккопф связывается с LRP-5, трансмембранным белком, важным для сигнального пути Xwnt-8, что приводит к эндоцитозу LRP-5 и, в конечном итоге, к ингибированию пути Xwnt-8.

Передняя/задняя ось

Формирование переднего/заднего паттерна эмбриона происходит где-то до или во время гаструляции . Первые клетки, подвергшиеся инволюции, обладают передней индуцирующей активностью, тогда как последние клетки обладают задней индуцирующей активностью. Способность индуцировать переднюю часть обусловлена ​​антагонистическими сигналами Xwnt-8 Cereberus, Dickkopf и Frzb, обсуждавшимися выше. Развитие передней части головы также требует функции IGFs (инсулиноподобных факторов роста), экспрессируемых в дорсальной средней линии и передней нервной трубке. Считается, что IGF действуют путем активации каскада сигнальной трансдукции, который мешает и ингибирует как передачу сигналов Wnt, так и передачу сигналов BMP. В задней части два кандидата на постериоризацию сигналов включают eFGF, гомолог фактора роста фибробластов, и ретиноевую кислоту .

Рыба

Основы формирования осей у рыбок данио аналогичны тем, что известны у амфибий. Эмбриональный щит выполняет ту же функцию, что и дорсальная губа бластопора, и выполняет роль организатора. При трансплантации он способен организовать вторичную ось, а ее удаление предотвращает образование дорсальных структур. β-катенин также играет роль, аналогичную его роли у амфибий. Он накапливается в ядре только на дорсальной стороне; вентральный β-катенин индуцирует вторичную ось. Он активирует экспрессию Squint (сигнальный белок, связанный с Nodal, также известный как ndr1) и Bozozok (гомеодоменный транскрипционный фактор, аналогичный сиамовскому), которые действуют вместе, активируя гусекоид в эмбриональном щите.

Как и у Xenopus, индукция мезодермы включает два сигнала: один от вегетативного полюса для индукции вентральной мезодермы и один от эквивалентных дорсальных вегетативных клеток центра Ньюкупа для индукции дорсальной мезодермы.

Сигналы от организатора также параллельны сигналам от амфибий. Гомолог Noggin и хордина Chordino связывается с членом семейства BMP, BMP2B, чтобы не допустить вентрализации эмбриона. Диккопф связывается с гомологом Wnt Wnt8, чтобы блокировать его вентральную и заднюю позицию эмбриона.

У рыб существует третий путь, регулируемый β-катенином. β-катенин активирует фактор транскрипции stat3. Stat3 координирует движения клеток во время гаструляции и способствует установлению планарной полярности.

Птицы

Дорсальная/вентральная ось определяется у куриных эмбрионов ориентацией клеток относительно желтка. Вентральная часть находится внизу по отношению к желтку, а животное вверху. Эта ось определяется созданием разницы pH «внутри» и «снаружи» бластодермы между субгерминальным пространством и альбумином снаружи. Подзародышевое пространство имеет pH 6,5, а альбумин снаружи имеет pH 9,5.

Передняя/задняя ось определяется во время начального наклона эмбриона, когда откладывается яичная скорлупа. Яйцо постоянно вращается в одном направлении и происходит частичное расслоение желтка; более легкие компоненты желтка будут находиться возле одного конца бластодермы и станут в будущем задним. Молекулярная основа задней части неизвестна, однако скопление клеток в конечном итоге приводит к образованию задней краевой зоны (ПМЗ).

ПМЗ является эквивалентом центра Ньюкупа, поскольку его роль заключается в индуцировании узла Гензена. Трансплантация ПМЗ приводит к индукции примитивной полоски, однако ПМЗ не вносит вклад в саму полоску. Подобно центру Ньюкупа, PMZ экспрессирует как Vg1, так и локализованный в ядре β-катенин.

Узел Хенсена эквивалентен органайзеру. Трансплантация узла Гензена приводит к формированию вторичной оси. Узел Гензена — это место, где начинается гаструляция и он становится дорсальной мезодермой. Узел Гензена образуется в результате индукции ПМЗ в передней части ПМЗ, называемой серпом Коллера . Когда формируется примитивная полоска, эти клетки расширяются, образуя узел Генсена. Эти клетки экспрессируют гусекоид, что соответствует их роли организатора.

Функция организатора у куриных эмбрионов аналогична функции земноводных и рыб, однако имеются и некоторые различия. Подобно амфибиям и рыбам, организатор секретирует белки Chordin, Noggin и Nodal, которые противодействуют передаче сигналов BMP и дорсализуют эмбрион. Однако нейронная индукция не полностью зависит от ингибирования передачи сигналов BMP. Сверхэкспрессия антагонистов BMP недостаточно индуцирует образование нейронов, а сверхэкспрессия BMP не блокирует образование нейронов. Хотя вся история нейронной индукции неизвестна, FGFs, по-видимому, играют роль в мезодерме и нейронной индукции. Формирование переднего/заднего паттерна эмбриона требует сигналов, подобных церберу, от гипобласта и пространственной регуляции накопления ретиноевой кислоты для активации 3' Hox-генов в задней нейроэктодерме (задний мозг и спинной мозг).

Млекопитающие

Самая ранняя спецификация у эмбрионов мышей происходит между трофобластом и клетками внутренней клеточной массы во внешних полярных клетках и внутренних аполярных клетках соответственно. Эти две группы специфицируются на стадии восьми клеток во время уплотнения, но не становятся детерминированными, пока не достигнут стадии 64 клеток. Если аполярную клетку трансплантировать наружу на стадии 8–32 клеток, эта клетка разовьется как клетка трофобласта.

Передняя/задняя ось у эмбриона мыши определяется двумя сигнальными центрами. У эмбриона мыши яйцеклетка образует цилиндр, а эпибласт образует чашку на дистальном конце этого цилиндра. Эпибласт окружен висцеральной энтодермой, эквивалентной гипобласту человека и кур. Сигналы для передней/задней оси поступают из примитивного узла . Другим важным местом является передняя висцеральная энтодерма (AVE). AVE лежит кпереди от самого переднего положения узла и лежит сразу под эпибластом в области, которая будет занята мигрирующей эндомезодермой с образованием головной мезодермы и энтодермы передней кишки. AVE взаимодействует с узлом, чтобы определить наиболее передние структуры. Таким образом, узел способен формировать обычный ствол, но для формирования головы ему требуются сигналы от AVE.

Открытие гомеобокса у мух -дрозофил и его сохранение у других животных привело к прогрессу в понимании переднего/заднего паттерна. Большинство Hox-генов млекопитающих демонстрируют паттерн экспрессии, аналогичный гомеозисным генам у мух. У млекопитающих имеется четыре копии Hox-генов. Каждый набор Hox-генов паралогичен другим (Hox1a является паралогом Hox1b и т. д.). Эти паралоги демонстрируют перекрывающиеся паттерны экспрессии и могут действовать избыточно. Однако двойные мутации в паралогичных генах также могут действовать синергически, указывая на то, что гены должны работать вместе для выполнения своих функций.

См. также

• Формирование узора