Посещений:
Петлеобразование Кишечника

Ассиметрия Экспрессии Pitx2

Left-Right Asymmetric Morphogenesis in the Xenopus Digestive System
J.K.Muller, D.R.Prather, N.M.Nascone-Yoder
Dev. Dyn. V.228, No 4, P. 672-682 2003

См. также:

The homeobox gene Pitx2: mediator of asymmetric left-right signaling in vertebrate heart and gut looping


Dorsal view of a stage 18 chick embryo showing Pitx-2 expression on the left side of the gut tube wherein the stomach is forming.

Pitx2 expression determines the direction of heart looping and gut coiling. (A) Wild type (stage 45) Xenopus tadpole viewed from the ventral side shows rightward heart looping and counterclockwise gut coiling. (B) If injected with Pitx2 mRNA so that this protein is in the mesoderm on both right and left sides (instead of just on the left hand side), heart looping and gut coiling is random with respect to each other. Sometimes this results results in complete reversals such as here where the heart loops to the left and the gut coils in a clockwise manner. (From Ryan et al., 1988; courtesy of J. C. Izpisua Belmonte.)

Лево-правосторонняя (LR) ось у эмбрионов позвоночных специфицируется с помощью иерархических генных продуктов, которые взаимодействуют в сложных биохимических путях. Многие из этих генов обнаруживают LR ассиметричный паттерн экспрессии, у эмбрионов до формирования органов и, как полагают, специфицируют морфогенетические различия между левой и правой латеральной пластинкой мезодермы (LPM), что и проявляется в LR асимметрии развивающихся органов. Наиболее дистальным компонентом LR пути является Pitx2 (Pitx2a и Pitx2c изоформы), который, как полагают, непосредственно наделен LR информацией во время органогенеза. Как и ранние гены, специфицирующие LR путь, впервые асимметричная экспрессия Pitx2 обнаруживается в левой, но не в правой LPM. Однако в отличие от др. LR генов, Pitx2 обнаруживает также асимметричный паттерн и в действительных органах, которые становятся латерализованными. К сожалению, трудно выявить нормальную морфогенетическую роль Pitx2 из-за сложных фенотипов Pitx2-misexpressing или Pitx2-дефицитных животных.
Эта неясность м., хотя бы частично, м.б. связана с тем фактом, что подлежащие механизмы асимметричного морфогенеза органа не идентифицированы. Имеются определенные предположения, что дифференциальная спецификация судьбы клеток на левой и правой сторонах эмбриона м. служить механизмом генерации морфологической асимметрии. Напр., анатомически слева расположенная селезенка происходит из клеток исключительно локализованных на левой стороне Xenopus / кроме того, дифференциальная клеточная пролиферация на левой и правой сторонах индивидуального органа также является общераспространённым механизмом создания LR асимметрии. Однако незначительные различи пролиферации, выявленные на левой и правой сторонах сердечной трубки вряд ли влияют существенно на морфогенетическую динамику петлеобразования сердечной трубки. Очевидно, что такой механизм не м. играть первостепенной роли в асимметричном морфогенезе. В отличие от сердца, в большинстве развивающихся органов расположение клеток, происходящих из левой и правой стороны эмбриона, не м.б. установлены.
Знание механизмов, которые формируют LR асимметрию индивидуальных органов, является важным для полного понимания формирования LR паттерна и этиологии situs деформаций. Здесь изучали развитие LR асимметрии пищеварительного тракта у эмбрионов Xenopus laevis. Выявлены орган-специфические вклады и топологическое распределение ткани левой и правой LPM внутри первичной кишечной трубки во время сложного процесса петлеобразования, который позиционирует пищеварительные органы у головастиков. Было установлено, что контралатеральные ткани не вносят вклада в разные пищеварительные органы, а формируют противоположные впячивание и выпячивание во время петлеобразования кишки. Установлено, что ключевая впячивающаяся поверхность коррелирует с определенными паттернами ранней и поздней фазами экспрессии Pitx2 и что неправильная экспрессия Pitz2 мРНК индуцирует эктопическое прогибание. Наконец, было продемонстрировано, что левое впячивание и правое выпячивание поверхности кишечной трубки подвергается дифференциальной элонгации во время петлеобразования при отсутствии достоверных отличий в клеточной пролиферации. Всё это указывает на то, что пути передачи сигналов LR м. влиять на асимметричный морфогенез пищеварительной системы Xenopus дифференциально регулируя скорости элонгации левой и правой сторон первичной кишечной трубки.

Differential Fates Versus Differential Morphogenetic Programs


Считается, что одной из функций LR асимметричной экспрессии гена является обеспечение клеткам левой или правой стороны эмбрина разных судеб. Напр., зрелая селезенка, как полагают, возникает из предшественников, расположенных на левой, но не на правой стороне эмбриона. Однако мы нашли, что левая и правая LPM вносят эквивалентный вклад в индивидуальные пищеварительные органы. Хотя нельзя исключить возможности существования различий в судьбе на тонком уровне, однако наши результаты указывают на то, что односторонняя спецификация, особенно пищеварительных органов, на левой и правой стороне эмбриона, маловероятна для крупномасштабного асимметричного морфогенеза кишки Xenopus.
Полученные данные показывают, что клетки левой и правой LPM вносят вклад в разные топологические области ключевой петли формирующейся пищеварительной системы. Это согласуется с идеей, что дифференциальные левая и правая морфогенетические программы специфицируются LR асимметричной экспрессией генов. Так, домен экспрессии Pitx2 в левой LPM, один из наиболее важных сайтов LR генной экспрессии, вносит вклад непосредственно в вогнутость (concavity) gastroduodenal (GD) петли. Более того, мы показали, что эктопическая мРНК Pitx2 м. локально индуцировать эктопическую вогнутость по всей длине кишечной трубки Xenopus. Это указывает на то, что экспрессия Pitx2 способна вызывать скорее, чем быть следствием подобных топологических изменений. Кроме того локальное нарушение топологии кишки, ассоциированное с эктопической на праввой стороне экспрессией Pitx2, даёт морфогенетическое объяснение heterotaxis пищеварительной системы, обычно связанной с неправильной экспрессией Pitx2 у Xenopus и эмбрионов др. позвоночных (Logan et al., 1998; Campione et al., 1999).

LR Asymmetric Gut Tube Elongation


Сравнение морфометрических параметров левой и правой сторон во время петлеобразования показало, что наличие дифференциальной элонгации двух сторон кишечной трубки м. управлять формированием её изгиба у Xenopus. Кишечная трубка головастиков более чем втрое увеличивает свою длину во время стадии асимметричного морфогенеза и её элонгация д.б. скоординирована с петлеобразованием и coiling упаковкой всё увеличивающейся длины внутри уменьшающейся перитонеальной полости. Ничего удивительного в том, что морфогенетические силы, ассоциированные с элонгацией, д. использоваться в качестве механизма создания анатомической асимметрии этой системы.
Т.к. было показано, что пролиферация эквивалентна в левой и правой частях средней кишки, то каковы клеточные механизмы дифференциальной элонгации кишки? Было установлено, что кластеры меченных клеток располагаются в виде параллельных линий вдоль оси кишечной трубки. Следовательно, LR различия д.б. связаны с конвергентными extension движениями при дифференциальной элонгации. Кроме того, радиальные интеркаляции энтодермальных клеток, происходящие во время образования просвета (lumination) кишки Xenopus, по-видимому, и управляют общей элонгацией кишки, увеличивая область поверхности Chalmers and Slack, 2000). Т.о., дифференциальная элонгация средней кишки м.б. результатом еще нераспознанных различий LR в в радиальной интеркаляции в энтодерме по время образования просвета и экспансии кишки. В соответствии с этим мы наблюдали интригующую асимметрию в толщине и архитектуре левого и правого энтодермального эпителия во время петлеобразования средней кишки.
Связь между морфогенезом кишки и путями LR передачи сигналов вытекает из корреляции экспрессии Pitx2 с вогнутостью, связанной с более медленной элонгацией поверхности кишечной петли. Установлено, что Pitx2 влияет на радиальную интеракаляцию во время epiboly, также как и во время конвергентной extension-обусловленной элонгации основной ости тела у многих эмбрионов позвоночных ( Logan et al.,1998; Essner et al., 2000; Faucourt et al., 2001). Кроме того Wei and Adelstein (2002) нашли, что эктопическая экспрессия Pitx2 в культивируемых клетках м. модулировать передачу сигналов Rho GTPase, индуцируя реогранизацию актина и усиливая межклеточную адгезию. Т.о., Pitx2 м. управлять образованием вогнутости кишечной трубки, ингибируя тканевую элонгацию, влияя локально на перераспределение клеток и/или на форму клеток. В самом деле, сильная избыточная экспрессия Pitx2 у Xenopus вызывает сильное укорочение кишечной трубки (Campione et al., 1999), это подтверждает идею, что локальная активность Pitx2 ингибирует элонгацию кишечной трубки, инициируя петлеобразование.

LR Asymmetric Morphogenesis in Other Organs


Следует отметить, что первичная кишечная и первичная сердечная трубки подвергаются дифференциальной элонгации во время петлеобразования и что Pitx2 экспрессируется в вогнутостях обеих структур (Gormley and Nascone-Yoder, 2003). Мы подозреваем, что локальная экспрессия Pitx2 м. генерировать морфологическую асимметрию и в органах, которые происходят из кишечной трубки (легкие, печень) с помощью сходного механизма, из-за тех же самых свойств клеток, и влияя на паттерн ветвления и долеобразования.
Сайт создан в системе uCoz