Большая часть скелета головы происходит из нейрального гребня. Это верно и для лицевых и гиоидных хрящей и костей. Изучение химер перепел-курица показало, что скелетогенный домен нейрального гребня распространяется от уровня границы между midencephalon и diencephalon до уровня 4-й пары сомитов (т.е. ромбомера 8), он подразделяется на переднюю область, из которой возникают клетки, формирующие носовцю капсулу и верхнюю часть клюва, а также скелет нижней челюсти (включая entoglossum и ростральную часть basihyal) и заднюю область, которая даёт остальные гиоидные косточки. Обе области продуцируют мезэктодермальные клетки, способные дифференцироваться в соединительную ткань, хрящи и кости, но отличаются по экспрессии Нох генов: экспрессия Нох генов не обнарудивается в переднем домене (Нох-негативен: Н-), тогда как каудальный домен является местом экспрессии Нох генов из четырёх первых групп паралогов (Нох позитивный; Н+). Трансплантации фрагментов нейральных складок вдоль нейральной оси показали, что Нох+ клетки нейрального гребня из заднего домена, трансплантированные рострально, чтобы заместить Нох- нейральные складки, то лицевой скелет не образуется. Более того, форсированная экспрессия Нох генов (Ноха2, Ноха3, Hoxb4) в переденем домене цефалического нейрального гребня предупреждает более или менее полно развитие лицевого скелета. Напротив, нейральные складки из Нох- переднего домена, транслоцированные каудальнее, дают клетки нейрального гребня, способные участвовать в формировании нормальных гиоидных хрящей.
Др. признаком Нох- домена нейрального гребня является то, что он ведет себя как "equivalence group", т.к. после удаления полностью скелетогенного домена гребня (распространяющегося от mid-diencephalon закладки до r3) небольшая часть домена (составляющая примерно четверть от всего Нох-негативного скелетогенного гребня) оказывается достаточной для регенерации полного лицевого скелета, также как и соединительной ткани, происходящей из нейрального гребня, участвующей в формировании лица. Следовательно, клетки нейрального гребня, возникающие из этого домена не обладают информацией, необходимой для спецификации разных частей лицевого скелета. Установлено, что эта информация предоставляется клеткам нейрального гребня сигналами, исходящими из энтодермы передней кишки.
Самая передняя область передней кишки участвует в формировании паттерна носовой перегородки. Более задняя, поперечная область фарингеальной энтодермы, соответствующая уровню мезэнцефалона и r1 и r2 (на ст. 5-6 сомитов; 5-6 ss) специфицирует хрящи нижней челюсти (articular, quadrate, Meckel's), а также entoglossum и переднюю часть basihyal.
В настоящей работе исследование было распространено на более задние части энтодермы передней кишки у эмбрионов ст. 6-9 ss, соответствующие уровню mid-rhombencephalon (r4-r5) и задней части ромбэнцефалона (r6-передняя часть r8), из которой клетки нейрального гребня оккупируют вторую, третью и четвертую бранхиальные дуги (ВА) (Рис. 1А). Мы нашли, что латеро-вентральная энтодерма играет роль в спецификации этой происходящей из нейрального гребня эктомезенхимы 2-4 бранхиальных дуг, обеспечивая формирование гиоидных косточек.
Role of Foregut Entoderm in Specifying the Hyoid Cartilage
Проведенные эксперименты показали, что энтодерма задней части передней кишки ( ст. 6-9 ss эмбрионов птиц) осуществляет паттерн-формирующую активность на клетки нейрального гребня, которые формируют большую часть гиоидных хрящей. В противоположность лицевому скелету, который м.б. сформирован только из Нох- негативных клеток нейрального гребня, гиоидные хрящи происходят как из Нох-негативного, так и Нох-позитивного домена цефалической нервной складки (Рис. 1Н).
Результаты, полученные Couly et al (2002) и в данной работе, суммированы на Рис. 5А, где энтодермальные области специфицируют различные хрящи, формирующие прежде всего лицевой и висцеральный хондрогенный скелет. Необходимо подчеркнуть, что представленные границы каждой зоны определены не совсем точно, поэтому на Рис. они представлены перекрывающимися.
Три передне-задних уровня отличаются прежде всего лицевым скелетом: (1) носовая перегородка (происходящая из носового отростка); (2) нижняя челюсть и передняя часть гиоидных хрящей (entoglossum и передняя часть basihyal, происходящие из ВА1); (3) задние гиоидные хрящи (basibranchial, ceratobranchials, epibranchials, происходящие из ВА2-ВА3-ВА4).
Эти части скелета соответственно специфицируются передней кишкой соотв. ее поперечными областями: зона 1 энтодермы переденей кишки специфицирует носовую перегородку; зоны II, III и IV вентральной энтодермы специфицирует скелет первой бранхиальной дуги: Meckel's, quadrate, articular и передние гиоидные хрящи ( entoglossum и переднюю часть basihyal) ; зона IV энтодермы обеспечивает паттерн-формирующую активность, которая отвечает за часть basihyal и quadrate; зона V энтодермы специфицирует заднюю часть basihyal и cerathobranchials; зоная VI энтодермы специфицирует basibrancial по её срединной линии и латеральные части epibranchials.
Роль энтодермы продемонстрирована с помощью экспериментов по экстирпации определенных областей латеровентральной энтодермы переденей кишки. Те же самые эксперименты , ограниченные дорсальной стороной глотки не давали признаков нарушения развития лицевого и висцерального скелета.
Кроме того, мы показали, что информация, передаваемая от вентралтьной энтодермы клеткам нейрального гребня рерионализирована не только вдоль передне-задней оси, но и вдоль медиолатеральной оси: вентромедиальная энтодерма специфицирует (спереди кзади) entoglossum и большую часть Meckel's хряща, basihyal, basibranchial и части ceratobranchials (Рис. 5А). Латеральная энтодерма передает информацию о конструкции articular, quadrate хрящей и cerato- и epibranchials, как схематически показано на Рис. 5А.
Наше заключение базируется также на находке, что определенные области энтодермы способны индуцировать формирование специфических хращей, когда они трансплантрируются на пути миграции колеток цефалического нейрального гребня. Таки трансплантации дополнительных полосок энтодермы генерируют образование дополнительных частей хряща как результат хондрогенной дифференцировки клеток нейрального гребня, которые контактируют с трансплантатом. Мы смогли локализовать энтодермальный эпителий соответственно уровню r4 и r5 (зона V) и показали, что будучи трансплантирована эктопически она вызывает образование медиальных сегментов гиоидных косточек (напр., заднюю часть basohyal) и cetatobranchials . При нормальном развитии эти хрящи действительно формируются из клеток нейрального гребня из r4-r5. Энтодерма, локализованная на ст. 8-9 ss на поперечном уровне r6-r8 (зона VI), специфицирует basibranchial в своей медиальной области и epibranchials латерально Рис. 4).
Ранее нами было показано (Couly et al., 2002), что ростральная энтодерма передней кишки расположенная на уровне перехода диэнцефалона в метэнцефалог (r1-r2) способна инструктировать соотв. Нох-негативные клетки цефалического нейрального гребня для формирования лицевого скелета. Более того, Нох-позитивные клетки нейрального гребня трансплантированные кпереди были не5способны отвечать на сигналы передней части энтодермы передней кишки и не давали структур лицевого скелета в противоположность Нох-негативным клеткам нейрального гребня , трансплантированным кзади, которые оказались способными генерировать нормальные гиоидные хрящи. Нох-позитивные клетки нейрального гребня, которые колонипзируют задние бранхиальные дуги (ВА2-ВА4 - хотя они не способны отвечать на сигналы переденей энтодермы передней кишки - формировали паттерн под действием сигналов задней энтодермы передней кишки. Т.о., Нох-негатиные клетки нейрального греб отвечают одинаково хорошо на сигналы из переденей и задней части передней кишки. Тогда как Нох-позитивные клетки нейрального гребня м. экспрессировать свои скелетеогенные потенции только, если инструктируются энтодермой задней части передней кишки. Нох-негативынй домен, который соответствует прозэнцефалону, мезэнцефалону и метэнцефалону развился существенно во время эволюциии позвоночных вместе с развитием переднего мозга, для которого он обеспечивает как склетную защиту, так и васукуляризацию.
Early Segmentatiom of the Foregut Endoderm
Итак, паттерн-формирующая активность энтодермы распределена вдоль ростро-каудальной оси сегментным способом, который соотвествует миграционным потокам клеток нейрального гребня, которые колонизируют лицевые отростки и бранхиальные дуги (Рис. 5В, С).
В раннем развитии энтодерма передней кишки обладает метамеризацией, которая становится обнаружимой, когда образуются лицевые отростки и бранхиальные дуги. Такая метамеризация существует также в эктодерме, которая формирует "эктомеры", превращающиеся в бранхиальные дуги. Эктомеры, как и полоски энтодермы соответствуют одним и тем же уровням энцефалических пузырей, когда они возникают на ранних стадиях нейрогенеза.
N/j/? скрытая сегментация головы у позвоночных уже присутствует в нервной пластинке и в эктодерме и энтодерме головы еще до морфологического проявления бранхиальных дуг и развития головного мозга.
Интересно отметить, что рыбок данио нулевых по нулевой мутации van gogh без нарушений сегментации заднего мозга, возникают дефекты сегментации энтодермы, которая оказывается неспособной формировать дискретные повторяющиеся выпячивания (outpockets) , ведущие к образованию бранхиальных дуг. У таких мутантов фарингеальные хрящи сливаются др. с др. anteriorly и отсутствуют posterioily, указывая тем самым, что сегментация бранхиального скелета прежде всего зависит от сигналов энтодермального происхождения.
Мутанты Casanova дефектны по энтодермальным производным и по вентральному висцерокраниуму. Экспреименты с трансплантацией энтодермы дикого типа таким мутантным эмбрионам восстанавливали развитие скелета головы. Участие энтодермы передней кишки в качестве источника морфогенетических молекул, необходимых для продуцируемого клетками нейрального гребня скелета особенно наглядно в случае развития задних бранхиальных дуг. Роль FGF3 как сигнальных молекул в этом процессе продемонстирована (David et al., 2002)
Итак, проведенные эксперименты подтвержадют, что клетки нейрального гребня, когда они начинают мигрировать из нейрального примордия, не обладают информацией, специфицирующей морфологию и паттерн формирования различных косточек и хрящей, составляющих лицевой скелет. Вентральная энтодерма переденей кишки играет раннюю роль в этом процессе. Сигнальные молекулы, которые обеспечивают взаимодействия между энтодермой и клетками нерального гребня все ещё не открыты. FGFs безусловно являются критическими для развития лицевых и гипобранхиальных структур. Действуют ли они в каскадах взаимодействий, необходимых для построениях этих структур, пока неизвестно. Более того и в позднем развитии тканевые взаимодействия необходимы для завершения скелетогенного процесса. Среди них взаимодействия между энтодермой и эктомезенхимой (Schneiderr and Helms, 2003), которые продемонстипроованы в сложном процессе лицевого и висцерального склетогенеза в виде нескольких последовательных ступеней.
Сайт создан в системе
uCoz