Посещений:
Нейральный Гребень: Детерминация, Миграция

Роль Alk8

Alk8 Is Required for Neural Crest Cell Formation and Development of Pharingeal Arch Cartilages
T.L.Payne-Ferreira, P.C. Yelick
Dev. Dyn. Vol. 228, No 4, P. 683-696, 2003





The zebrafish neural crest, here seen in a lateral view of a live 24 hour old fish, is beautifully accessible to analysis.




Рис.1.  | Regions that form neural crest during neurulation in a hypothetical vertebrate embryo.


Рис.2.  | Dynamic expression patterns of Wnts and BMPs in the ectoderm of frog and chick.


Box 2.  | Derivatives of neural-crest cells

См. также:

Neural crest development



Fluorescent antibody staining that shows muscle (in red) and skeleton (in blue).

Формирование раннего эмбрионального паттерна связано с серией тщательно регулируемых клеточных спецификаций и дифференцировок, ведущих к аккуратному формированию дорсо-вентрального (ДВ), медио-латерального (МЛ) и передене-заднего (АР) паттерна эмбриона. Сверхесемейство transforming growth factor-β (TGFβ), представленное bone morphogenetic proteins (BMPs), activns, TGFβ и Nodal-родственными белками, составляет большую группу секретируемых полипептидов ростовых факторов. Передача сигналов TGFβ обеспечивается в клетках-мишенях с помощью гетеромерного комплекса, состоящего из димера-лиганада и типа II рецепторного димера. После образования комплекса серин-треониновая киназа типа II рецептора фосфорилирует остатки внутри внутриклеточного GS (glycine-serine богатого) домена типа I рецептора, это делает типа I рецепторы компетентными фосфорилировать нижестоящие цитоплазматические сигнальные молекулы, включая членов семейства Smad транскрипционных факторов. Семейство Smad состоит из Smads 1, 5 и 8, которые передают ВМР сигналы; Smads 2 и 3, которые передают сигналы activin/TGFβ и общераспространённый Smad 4.
Ген alk8 является новым членом типа I рецепторов TGFβ семейства у рыбок данио, он экспрессируется и как повсеместная материнская мРНК и как зиготическая мРНК. Паттерн экспрессии адл8 согласуется с предполагаемой функцией в качестве детерминанта раннего формирования паттерна эмбрионов и участвует в дифференцировке многих типов клеток. Установлено, что микроинъекции в одиночные клетки постоянно активной (CA) alk8 мРНК приводит к образованию сильно вентрализованных эмбрионов рыбок данио. Напротив, дорсализованный фенотип возникает, когда передача сигналов Alk8 ингибирована. Было установлено, что активация bmp2b/4 в эмбрионах после инъекции СА мРНК alk8 и подавление экспрессии bmp2b/4 у доминантно негативных (DN) alk8 мРНК-инъецированных эмбрионов указывают на то. что alk8 регулирует пути передачи сигналов Bmp. Соответственно микроинъекции СА alk8 мРНК в мутантных эмбрионов sbn/Smad5 делало неспособной ветрализацию этих мутантов, демонстрируя тем самым. что alk8 нуждается в ВМР пути Smads5 в качестве сигнального партнёра. Изучение мутантов smad5m169 подтвердило, что Alk8 необходим для более позднего развития, чем Smad5, чтобы обеспечить зиготическую передачу сигналов Bmp2b/7.
BMPs первоначально были идентифицированы как индукторы образования эктопических костей и хрящей у грызунов. Оказалось, что BMPs регулируют разнообразные онтогенетические события , включая и формирование дорсо-вентрального паттерна у ранних эмбрионов, развитие конечностей, развитие зубов, апоптоз и развитие NCC.
В данной работе описывается влияние градиентов сигналов Alk8 на спецификацию и развитие NCCs и последующее формирование паттерна производных NCC хрящей глоточных дуг. NCCs, популяция специализированных клеток, которые образуют границы между нейроэпителием и поверхностной эктодермой, высоко мигрирующая и плейотропная популяция клеток. Недавние исследования на мышах, цыплятах и рыбках данио продемонстрировали важность NCCs в формировании паттерна головы позвоночных. У рыбок данио клетки краниального нейрального гребня (CNC) выделяются на дорсальной поверхности нейрального киля, мигрируют из среднего и заднего мозга в виде трёх хорошо различимых потоков, занимают бранхиальные дуги соотв. уровней оси и дают специфические структуры, включая черепно-лицевые хрящи. Предопределенное предназначение и судьба мигрирующих клеток CNC соотвествует их передне-задней и медио-латеральной локализации перед миграцией: передне-заднее положение предопределяет сегментную судьбу, тогда как медио-латеральное положение коррелирует с судьбой специфических типов клеток (напр.,. хрящевых, пигментных, глиальных или нейрональных).
Пути миграции NCC предопределяются как физической сегментацией, так и дифференциальной экспрессией генов. Клетки CNC из задних частей среднего мозга и ромбомеров 1, 2 и 3 (r1-3) мигрируют в первую (мандибулярную) дугу, CNC из r4 и r5 занимают вторую (гиоидную) дугу, а клетки CNC из r6 и r7 и более каудальных частей вносят вклад в задние дуги (р3-7; Рис. 1). Относительно свободные от NCC r3 и r5 дают физическое разделение между тремя основными потоками мигрирующих NCC. В связи с физической сегментацией, формирование паттерна CNC клеток вдоль передне-задней оси управляется комбинаторной экспрессией hox генов. Экспрессия Hox генов законсервирована у позвоночных и отражает онтогенетическую стратегию, согласно которой аксиальная позиционная спецификация нервной трубки влияет на дуги посредством мигрирующих NCCs. И экспрессия hox генов и физическая сегментация заднего мозга являются критическими для возникновения собственно позиционированных потоков NCC и правильного образования головы.
Хотя механизмы, регулирующие судьбы NCC известны не целиком, однако ясно, что NCC получают инструктирующие сигналы от эмбриональных микроусловий, через которые они мигрируют. Структуры зрелых фарингеальных дуг развиваются благодаря взаимодействиям между параксиальной мезодермой, которая даёт мышцы, фарингеальной энтодермой, которая формирует глоточные карманы и NCCs, которые мигрируют в дуги и формируют дорсальные и вентральные хрящи дуг. Такое взаимодействие хорошо демонстрируется хрящами вентральных частей дуг у мутантов suc, у которых имеется точковая мутация в гене endothelin-1 (et-1).
здесь мы охарактеризовали роль Alk8 в черепно-лицевом развитии с помощью проверки NCC и образования хрящей глоточных дуг у эмбрионов 3-х экспериментальных групп: (1) эмбрионы, которым инъецировали СА или DN alk8 мРНК; (2) зиготические мутанты lost-a-fin laf/alk8; и (3) vaternal-zygotic (MZ) laf/alk8 мутантов.
Наше исследование согласуется с ролью alk8 в формировании паттерна черепно-лицевого скелета путём модуляции градиентов сигналов ВМР и последующего фосфорилирования Smads1/5. Установлено, что alk8 необходим для формирования NCCs и что изменённая экспрессия alk8 вызывает дефекты в заднем мозге и дефекты формирования медио-латерального паттерна у премиграторных NCCs, коррелирующих с последующими дефектами хрящевых элементов дуг. Ранее было продемонстрировано значение передачи сигналов ВМР для собственно формирования передене-заднего паттерна NCCs. Здесь было продемонстрировано, что Alk8 необходим для установления сигнальных градиентов BMP вдоль передене-задней оси и последующего развития производных NCC хрящей глоточных дуг.

Functional Studies Reveal a Requirement for Alk8 in NCC Formation and AP Pattening of Pharingeal Arch Cartilages


Анализ эмбрионов с нарушенной активностью Alk8 показал, что Alk8 сигнальные градиенты являются критическим для формирования и собственно спецификации клеток CNC, дающих хрящи фарингеальных дуг. Было установлено, что DN Alk8-экспрессирующие (дорсализованные) эмбрионы обнаруживают уменьшение популяции NCC, MZ нулевые laf/alk8 мутанты полностью лишены crestin-позитивных NCCs. Напротив, усиление уроней сигнализации Alk8 вызывает эктопическую экспрессию СА Alk8 и увеличивает популяцию NCCs, экспрессирующих crestin/foxD3. Более того, градированные передене-задние дефекты хрящей, обнаруживаемые у этих эмбрионов выявляют АР чувствительность к передаче сигналов BMP. Эктопическая экспрессия СА Alk8 приводит к тому, что в NCCs, которые формируются в медиальном положении развиающейся нейроэктодермы, образуются дефекты, которые наиболее сильно затрагивают элементы хрящей передних дуг. Это указывает на то, АР градиент морфогена м. также затрагивать дополнительные молекулы, помимо BMP. Снижение активности Alk8 вызывает латеральное смещение . Это указывает на то. и отсутствие медиальных частей хрящей глоточных дуг, дефект, который затрагивает прежде всего элементы задних дуг. Уменьшение количества передние в задних потоках (р3-7) миграции коррелирует с потерей хрящей cb1-5.

A Model for Alk8-Directes Mediolateral Positioning of Premigratory ТССы and Subsequent Mediolateral Patterning of NCC-Derived Pharingeal Arch Cartilages


Предполагается (Рис. 9), что дикого типа сигнальные градиенты Alk8/Bmp дают в результате собственно медио-латеральную закладку NCCs на границе между нейральной и эктодермальной тканью. Эмбрионы, эктопически экспрессирующие СА Alk8 обнаруживают повышенные уровни BMP и последующее уменьшение нейроэктодермы и увеличение не-нейральной эктодермальной ткани. Мезодермальная ткань соответственно затрагивается и это сопровождается уменьшение дорсальной мезодермы и расширением параксиальных и вентральных мезодермальных тканей. Эмбрионы, эктопически экспрессирующие DN Alk8 обнаруживают пониженные уровни BMP и последующее увеличение нейроэктодермы и уменьшение эктодермальной ткани. Эмбрионы, экспрессирующие DN Alk8 также обнаруживают расширение дорсальной мезодермы и уменьшение параксиальных и вентральных мезодермальных тканей, т.е. медиолатеральное смещение премиграторных NCCs. У эмбрионов, экспрессирующих СА Alk8, суженная нейроэктодермальная ткань даёт в результате медальное расположение NCCs Последующая миграция этих NCCs даёт медиальное смещение формируемых хрящей фарингеальных дуг, наиболее сильно затрагивающее передние хрящевые элементы. Экспрессия DN Alk8 вызывает латеральное смещение премиграторных NCCs и в результате отсутствие хрящей срединной линии, дефект которы наиболее сильно проявляется в хрящевых элементах задних дуг.
Медио-латеральное смещение NCCs и производных NCC хрящей глоточных дуг в ответ на изменение уровней Alk8 зависит от их положения вдоль АР оси. Собственно развитие первой и второй дуг нуждается в более низких сигнальных уровнях Alk8, чем для хрящей задних дуг. Сходным образом, хрящи задних дуг более чувствительны к уменьшению уровней передачи сигналов Alk8, чем хрящи передних дуг. Градиенты BMP распространяются дорсо-вентрально и в передне-заднем направлении. Наиболее передняя часть нейральной складки имеет наивысшие уровни BMPs, которые уменьшаются каудально. Напр., BMP ингибитор chordin экспрессируется в дискретных доменах переднего, среднего и заднего мозга и экспрессия chordin в заднем мозге очень динамична, т.к. он экспрессируется в различных робомерах со временем. Динамическая экспрессия BMPs и антагонистов BMP в среднем и заднем мозге указывает на то, что сложные градиенты передачи сигналов BMP обычно формируют паттерн этих тканей, что затрудняет понимание, где Alk8 оказывает своё влияние на градиенты BMP и соотв. популяции NCCs.
Пока неясно, нарушение передачи сигналов Alk8 затрагивает миграторную судьбу NCCs или судьбы NCCs зависят от изменений в паттерне микроусловий, через которые они мигрируют.

Alk8/Bmp Levels Pattern Ectodermal and Mesodermal Tissue


Установлено, что и параксиальная мезодерма и поверхностная эктодерма обеспечивают сигналы для формирования NCC. Хотя многие из молекул-индукторов не идентифицированы, хорошо известно, что BMP signalling gradients играют существенную роль в спецификации нейральной пластинки, нейрального гребня и не-нейральной эктодермы. Исследования на Xenopus показали, что подлежащая параксиальная мезодерма непосредственно индуцирует нейральный гребень из выше расположенных клеток нервной складки и что уменьшение параксиальной мезодермы сопровождается исчезновением NCCs. Это сказывается и на количестве NCCs, формирующих глоточные хрящи. Очевидно, что медио-латеральное расположение NCCs является критическим для собственно спецификации и миграции NCCs. В градиентной модели расширенный домен нейральной пластинки д.б. элипсоидным регионом эктодермы, содержащим соотв. концентрации BMP для спецификации NCC. Медио-латеральное смещение NCCs у эмбрионов и измененными уровнями Alk8, специфицируется с помощью широты нейроэктодремы и м. позиционировать их вне нормальных концентраций сигнальных молекул, приводя к апоптозу и/или дефектам хондрогенеза.

Alk8/Bmp Levels Mediate Pharyngeal Arch Cartilage Growth and Apoptosis


Полученные результаты собственно указывают на то, что Alk8 сигнальные градиенты являются критическими для спецификации премиограторных NCCs и для их последующей миограции и вклада в отдельных хрящевые элементы глоточных дуг. Формирование и дорсо-вентрального и передне-заднего паттерна нейроэктодермальных тканей влияет на спецификацию и миграцию NCC.
Образование NCCs на границе суженой или расширенной нейроэктодермы м. приобрести аберрантные миграторын7е пути, которые лишены собственно миграторных сигналов. Аберрантная миграция м.б. результатом несвоевременно запрограммированной клеточной гибели. Тогда аберрантно мигрирующие NCCs, которые оказываются расположенными вне нормальных полей сигнальных градиентов, д.б. специфически направляться на апоптоз.
Популяции апоптических клеток у эмбрионов, экспрессирующих СА и DN Alk8, скорее всего отражают несоотв. уровни BMP у таких эмбрионов, которые и влияют на образование как NCC, так и последующие их дифференцировку и апоптоз. Спецификация NCCs является непрерывным многофазовым процессом. Показано у Xenopus и у кур, что градиенты Bmp/Noggin индуцируют формирование NCCs и последующую детерминацию и миграцию и что индивидуальные BMPs обладают определенными функциями в этом процессе. Наблюдаемые апоптические популяции у эмбрионов и изменённым уровнем Alk8 , следовательно, м. отражать несоответствующие уровни специфических BMPs у каждого из таких эмбрионов.
На Хenopus показано, что индукция нейрального гребня не м.б. объяснена просто уменьшением активности BMP в эктодерме. FGF, Wnts и ретиноевая кислота участвуют как постериоризации сигналов, которые закладывают АР ось нейральных складок. Край нейральной пластинки, специфицированный как проспективный нейральный гребень с помощью этих сигналов, нуждается дополнительно в Notch/Delta сигналах для завершения индукции нейрального гребня (Aybar et al., 2002). Т.к. градиенты Alk8 затрагивают формирование паттерна заднего мозга и соответствующих потоков от нейрального гребня, то скорее всего, что сигналы Alk8 влияют на FGF, Wnt, ретинроевую кислоту и/или Notch/Delta сигнальные пути. Ранне было показано, что Alk8 соединяется с TGFβ в присутствии TGFβRII и было высказано предположение, что Alk8 м. функционировать как BMP-TGFβ cross-talking молекула.

Alk8 as a Mediator of Chondrogenesis


Др. возможной ролью Alk8 является обеспечение дифференцировки хряща. Нарушение экспрессии alk8 м. затрагивает хондрогенез путём нарушения пространственно-временной экспрессии индивидуальных BMPs. У рыбок данио хрящевая дифференцировка начинается в конце pharingula периода примерно 40-48 после оплодотворения. Хрящи фарингеальных дуг формируются на матрицах агрегированных мезенхимных клеток или прехондрогенных конденсатов, которые постепенно дифференцируются в хондроциты. BMPs играют важную роль в этом процессе. В развивающихся конечностях кур BMPs-2, -4 и -7 экспрессируются в мезенхиме в виде перекрывающихся паттернов до образования предхрящевых конденсатов, а позднее в клетках, соседствующих с агрегированными конденсатами, это позиционирует их как ключевые регуляторы хондрогенеза. Важно не только пространственное, но временное действие BMPs. Добавление BMP к культуре мезенхимы конечности усиливает хорндрогенез, тогда как добавление к недифференцированной мезенхиме вызывает клеточную гибель. Возможно, что измененные Alk8/Bmp сигнальные градиенты м. нарушать хондрогенез и индуцировать апоптоз в этих тканях. Соотв. личинки с уменьшенными уровнями Alk8 обнаруживают неупорядоченные стеки хондроцитов в большинстве хрящей. Возможно , следовательно, что Alk8 участвует в stacking и дифференцировке хондроцитов.
Итак, спецификация NCCs одна из наиболее сложных. Обнаружение, что краниальные NCCs дают множество разнообразных клеточных типов, помещает их в качестве ключевых участников в развитии черепа и лица эмбрионов. В данной работе показана потребность в типа I TGFβ рецепторном гене alk8 в формировании NCCs. Полученные результаты демонстрируют также, что Alk8 сигнальные градиенты управляют собственно медио-латеральным расположением премиграторных NCCs и образованием хрящей фарингеальных дуг, производных NCCs. Эт о расширяет ранее предложенные модели BMP формирования паттерна NCCs. Наше исследование подтвердило также роль Alk8 в формировании паттерна фарингеальной мезодермы и энтодермы и в обеспечении апоптоза, хондргенеза и пролиферации клеток.
Toshiba 37XV635DR интернет. сертификат белье. феерверк. оценка стоимости рынка недвижимости. оценка недвижимости Открытая оценка недвижимости.
Сайт создан в системе uCoz