Hans Spemann был пионером новатором экспериментальной эмбриологии позвоночных. Некоторые ранние трансплантационные эксперименты Spemann's исследовали вопрос индукции хрусталика (Spemann, 1901), в которых он продемонстрировал, что образование хрусталика зависит от ткани соседнего глазного бокала. Впоследствии важные эксперименты по трансплантации плакод были сделаны Stone на амфибиях, включая нейрогенные плакоды, при этом его первоначальное внимание было сконцентрировано на краниальных ганглиях и развитии боковой линии после удаления плакод (Stone,1922) и на судьбе глазной плакодной ткани при гетеротопических трансплантациях (Stone, 1924). Обнаруживаемые эктопические ганглии показывали, что в некоторых случаях клетки были способны дифференцироваться после трансплантации в новом окружении. В последующие 15 лет эти первоначальные эксперименты были воспроизведены с др. плакодами и краниальными тканями, заложив прочную основу понимания процессов развития с помощью экспериментальных манипуляций и показали ценность этого подхода к изучению сенсорной системы (Stone, 1928a; Stone, 1928b; Stone, 1933; and Stone, 1937 в качестве примера). После Stone, др. хорошо известный исследователь, Edgar Zwilling, начал свои исследования по экспериментальной эмбриологии, используя модельных амфибий, чобы изучить индуктивные потребности для обонятельного и отического эпителия (Zwilling, 1940; Zwilling, 1941). На Zwilling д. был повлиять Waddington (discussed later), т.к. его последующие исследования преимущественно использовали эмбрионы модельных кур, включая исследования мутантных линий и экспериментальные подходы к развитию конечностей и хвоста. В то же самое время, Chester Yntema опубликовал экспериментальную работу по индукции уха, используя модельных саламандр Amblystoma punctatum. Некоторые из его важных вкладов включали определение потенциала эктодермы давать отическую ткань на разных стадиях (Yntema, 1933), определяя спецификацию отической эктодермы в выборе судьбы уха (Yntema, 1939), а кульминацией его работы стало описание стадио-специфической карты потенциала индукции ткани, а также тканей, компетентных давать отическую плакоду (Yntema, 1950). Это последнее исследование подчеркнуло важность перехода этого региона эктодермы, оказавшегося детерминированным не с помощью индукции нервной ткани, а в направлении индукции уха со временем. Ynetema подчеркунул ступенчато-образность процесса образования отической плакоды, котрый начинается с 1) миграции "mesentoderm" , чтобы оказаться под презумптивной отической плакодой для ранней индукции, 2) последующее взаимодействие с нервными складками для вторичной активации и 3) собственно реакция (компетентность) покрывающей эктодермы. Он показал, что все участвующие ткани обладают максимальными индуцирующими (или комиетентными) свойствами только в определеное время развития. Yntema представил и несколько др. публикаций, некоторые из которых сконцентрированы на картировании судеб нейрогенных плакод у амфибий (Yntema, 1937; Yntema, 1943), с дополнительными экспериментами на птицах, представившими четкую картину возникновения нейрогенных плакод и вклада у амниот (Yntema, 1944). Наконец, важно подчеркнуть и др. ключевых участников - Antone Jacobson, одного из наиболее цитируемых исследователей в этой области. Он осуществил множество прививок, трансплантаций и экспериментов по перестановке у амфибий по тестированию индукции плакод, сконцентрировав основные усилия на разъяснении индукции хрусталика (Jacobson,1955; Jacobson, 1958; Jacobson, 1963a; Jacobson, 1963b; Jacobson, 1963c; Jacobson, 1966). Его работа была более чистой и детальной в отношении времени развития и точности тканевых трансплантатов, чем классические эксперименты, осуществленные декадой ранее, и включали более строгий анализ и графическое описание результатов. В своей публикации 1966 в Science, он суммировал графически основной комплекс работ с целью описания индукции хрусталиковой плакоды. Стало ясно, что Jacobson, подобно Yntema, понял концепцию индукции как ступенчато-образный процесс с вовлечением многих тканей.



Quail-chick chimeras

Существенный прорыв был сделан с помощью перепел-курица химер. Наблюдения Nicole Le Douarin в конце 1960s и начале 1970s , что ядра клеток перепела отличаются внешне за счет конденсаций гетерохроматина в ядрышках (Le Douarin, 1969; Le Douarin, 1970; Le Douarin, 1971), и последующее использование этого для картирования судеб посредством трансплантации ткани перепела в развивающиеся эмбрионы кур (Le Douarin, 1973; Le Douarin and Teillet, 1973; Le Douarin, 1974; Le Douarin and Teillet, 1974) создали важный образец для исследований биологии развития позвоночных. Её подходы стали часто использоваться для изучения клонов нервной системы и стали критическими в картировании судеб клеток нервного гребня. др. вскоре приспособили подход с химерами перепел-курица для разнообразных исследований картирования судеб. Drew Noden, вместе с важными коллегами, стал экспертом нейробиологом, посвятившим существенную часть своей работы ; 1) картированию проекций аксонов, используя классический HRP метод (Noden, 1980b; Noden, 1980a; Covell and Noden, 1989), 2) выяснению времени терминальной дифференцировки нервного гребня и плакод (d'Amico-Martel and Noden, 1980; D'Amico-Martel, 1982) и 3) характеризуя важные роли нервного гребня по формированию паттерна и развитию эмбриона (Noden, 1978a; Noden, 1978b; Noden, 1980b; Noden, 1983; Noden, 1984; McClearn and Noden,1988). В 1983, Noden использовал подход химер перепел-курица, чтобы детализировать происхождение краниальных ганглиев их нервного гребня и плакод (D'Amico-Martel and Noden, 1983). Эта важная работа предоставила данные для рисунков, появившихся в более поздних обзорах (Noden, 1993; Webb and Noden, 1993). Эти рисунки были воспроизведены многократно в последующих работах и обзорах по развитию плакод (see figure1).

Molecular markers

Следующим ключом для прдвинутых исследований по детерминации клеточных судеб нервных клеток стало открытие различных молекулярных маркеров. Прекрасный обзор Baker and Bronner-Fraser (2001) представляет список важных маркеров для плакод и родственных тканей, доступных до сегодняшнего времени. Напр., HNK-1 был впервые описан Vincent and Thiery (Vincent et al., 1983; Vincent and Thiery, 1984) для использования по мечению нервного гребня (see also Bronner-Fraser, 1986). Этот маркер существенно упростил отслеживание клеток нервного гребня. Др. важным маркером по изучению клонов стал специфичный для перепела маркер QCPN, поддерживаемый Developmental Studies Hybridoma Bank (DSHB). После основополагающих работ по химерам перепел-курица Le Douarin и др., были предприняты усилия по идентификации специфичных для перепела антител, чтобы упростить идентификацию клеток. В 1987, Solursh, который ранее разработал технику получения иммунофлюоресцентных изображений выборок ткани (Solursh et al., 1982a; Solursh et al., 1982b) помог установить DSHB, используя специфичные для перепела антитела, чтобы идентифицировать сосудистые эндотелиальные клетки (Solursh et al., 1987). Несколько др. антител было охарактеризовано в качестве пригодных для экспериментов с химерами (Aoyama et al., 1992, напр.), но эти оказались антителами, специфичными для типа клеток, а не просто генеральными маркерами всех клеток перепела. QCPN начал использоваться с середины 1990s в качестве стандарта для изучения химер птиц и существенно упростил анализ химер перепел-курица. Для изучения нейронов открытие γ-III-tubulin в качестве маркера дифференцирующихся нейронов (впервые использован для характеристики тройничных нейронов) стал др. ключевым достижением (Moody et al., 1989a). Используя этот маркер вместе с др. Sally Moody существенно углубил наше основное понимание развития тройничного нерва и технику выявления эпитопов для изучения периферической нервной системы (Heaton and Moody, 1980; Moody and Meszler, 1980a; Moody and Meszler, 1980b; Moody and Heaton, 1983a; Moody and Heaton, 1983c; Moody and Heaton, 1983d; Moody and Heaton, 1983b; Riggott and Moody, 1987; Moody et al., 1989b). Специфичные для типа клеток маркеры для индивидуальных плакод всё ещё необходимы. Без хороших молекулярных маркеров для тройничной и эпибранхиальной плакод (и даже субпопуляций клеток внутри слуховой плакоды), собственно индикаторы клеточных судеб не детерминированы. Понимание развития нейрогенных плакод от вопросов компетентности и индукции к вычленению и дифференцировке, требует лучшей визуализации с помощью молекулярных маркеров. Несколько маркеров стали доступны с начала 1990s, сделав возможными экспериментальные исследования на курах для специфического разрешения этих стержневых вопросов о детерминации клеточных судеб. С идентификацией Pax3 в качестве маркера ophthalmic trigeminal плакод (Stark et al., 1997), начали накапливаться данные в отношении выяснения онтогенетических потребностей для нейронов, происходящих из opV плакоды. Важно, что классические экспериментальные подходы были скомбинированы с маркерными индикаторами, чтобы тестировать стержневые вопросы индукции и позднее компетенции, спецификации и детерминации (commitment) в направлении судьбы плакоды (Baker et al., 1999). Параллельная работа с эпибранхиальными плакодами сделала возможной использование Phox2a в качестве эндогенного маркера (Begbie et al., 1999). Это исследование установило, что фарингеальная энтодерма, а не нервный гребень, ответственна за ключевую ступень индукции. Важно, что в отличие от предыдущих работ по тройничной плакоде, индуцирующий фактор, BMP7, был идентифицирован как необходимый для обеспечения образования эпибранхиальных плакод. В то время как Jacobson мог аргументировать, характеризуя процесс скорее, чем идентифицировать индуцирующие субстанции, теперь стало существенным прорывом в исследовании нейрогенных плакод (Baker and Bronner-Fraser, 2001). Использование молекулярных маркеров уже производили с целью охарактеризовать преплакодный/панплакодный домен, регион, компетентный давать головную эктодерму по соседству с нервными складками, которые специфицируются рано во время инициального образования головы. Это очень активное поле исследований сегодня (Baker and Bronner-Fraser, 2001; Streit, 2004; Schlosser, 2006). Исследования по картированию судеб, предсказывают этот домен, однако без молекулярных маркеров, позволяющих идентифицировать уникально дифференцирующиеся клетки от морфологически гомогенного эпителия, невозможны дальнейшие исследования. Одним из ранних экспериментальных подходов в исследованиях преплакодного домена была техника классического мечения, при этом исследованные ранние плакодные домены перекрывали домены хрусталика и обонятельных плакод (Bhattacharyya et al., 2004). Здесь раннее мечение показало наличие общих клонов для двух плакод, когда были проанализированы Dlx5 и Pax6 в отношении их временных изменений во время и после расхождения клеток. Транскрипционные факторы, экспрессирующиеся рано, такие как члены семейства Six и Dlx и Eya, вместе со специфичными для плакод маркерами, такими членами семейства Pax, то это существенно расширило наше знание о популяции предшественников плакод (rev.Grocott et al., 2012). Недавняя обзорная статья (Saint-Jeannet and Moody, 2014) подтвердила наши современные знания о преплакодном домене. Генетические и молекулярные манипуляции Genetic and molecular manipulation to understand placode development Сегодня мы фактически знаем о воздействии определенных сигнальных лигандов или транскрипционных факторов на судьбу клеток. При исследовании плакод функция генов только начинает характеризоваться благодаря немногим известным мутантам и некоторым ранним нокаутным мышам. Noden и Van De Water (Noden and Van De Water, 1992) суммировали дефекты уха благодаря наблюдениям, полученным на двух разных нокаутных мышах гена Hox 1.6 (Hoxa1). Hoxa1 был описан лищь 5 годами ранее (Baron et al., 1987), и первым был использован для гомологичной рекомбинации (Lufkin et al., 1991; Chisaka et al., 1992). До этого только естественно возникшие мутанты, такие как Splotch (Pax3 мутация) были охарактеризованы в отношении дефектов периферической нервной системы и сенсорных органов. Др. спонтанные мутации, такие как FGF-3, также были охарактеризованы как потенциальные индукторы уха, исходя из экспрессии NT и дефектов у мутантов Kreisler и нокаутных FGF-3 мышей (Mansour et al., 1993; McKay et al., 1996). Вскоре генные нокауты были получены у мышей специально, чтобы посмотреть на функцию генов в развивающейся нервной системе, при этом некоторые, такие как Phox2a (Morin et al., 1997), обнаруживали дефекты краниальных ганглиев. Многие открытия были сделаны благодаря мышиным моделям. Возвращаясь к курам, были разработаны стратегии электропортации в конце 1990s, и были изучены многие сигнальные пути и транскрипционные регуляторы с помощью конструкций по генному таргетингу для разных плакод у эмбрионов кур. . Продолжают накапливаться важные новые данные по передаче клеточных сигналов и регуляции транскрипции в развитии нейрогенных плакод. Исследования на рыбках данио также внесли важный вклад в молекулярную регуляцию развития плакод, особенно по развитию боковой линии. Некоторые описательные исследования с 1980s (Metcalfe, 1985; Metcalfe et al., 1985), и детальное картирование судеб, осуществленные позднее (Collazo et al., 1994; Alexandre and Ghysen, 1999). Главным прорывом в выяснении функции генов развития боковой линии стали генетические скрининги на рыбках данио (Whitfield et al., 1996; Nicolson et al., 1998, ранние исследования и обзоры Ghysen and Dambly-Chaudiere, 2007; Chitnis et al., 2012). Недавно боковая линия была использована в качестве модели для понимания общих вопросов морфогенеза и миграции клеток (rev.Aman and Piotrowski, 2010; Aman and Piotrowski, 2011), и для химического скрининга лекарств (rev. Ou et al., 2012). Рыбки данио с успехом используются в качестве важной модели сенсорного нейрогенеза. Молекулярные работы, проделанные на Xenopus также внесли важный вклад (Schlosser, 2006). Conclusions This historical review highlights some important contributions in neurogenic placode development research. Keys to our current knowledge include early descriptive work in fish, classical experimental approaches in amphibians and chick, and molecular/genetic data from mouse and zebrafish. As discussed, it would be valuable to reexamine current molecular data in relationship to classical experimental models of the spatiotemporal restriction of inducing tissues and competent ectoderm for each placode. Current efforts to discover genes and their molecular functions continue to expand the list of core components, however piecing them together to create a story of the continuum of developmental processes (Jacobson, 1966) that guide placode development remains a difficult challenge. One approach taken toward assembling all the cell biological information has been to make diagrammatic gene regulatory networks such as that presented in (Lleras-Forero and Streit, 2012). Perhaps these modern attempts to create a molecular description of neurogenic placode development validate the body of work started more than a century ago. Examining that body of work from a modern perspective can help clarify current and future models of neurogenic placode development.