Гаструляция и становление антериальнопостериальной оси тела эмбриона

brachyury – брахиури; фактор транскрипции.
Mутантный признак у мышей и других млекопитающих: наличие укороченного хвоста (локус - ТOrl, локализован у мыши на хромосоме 17).
91% гомологии у мыши и человека; а 77а/к составляющих T-box идентичны
OMIM http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/dispomim.cgi?id=601397&rn=1
Формирование зародышевого цилиндра/диска

ТЭ
Эпибласт
ТЭ (ПГКТ)
Гипобласт
Гипобласт

6 сут.
7,5 сут.
7 сут.
6,5 сут.
Схема строения зародышевого цилиндра (эмбрион мыши, сагиттальный план)

Зародышевый
цилиндр,
6,5 суток

Начало гаструляции у мыши: формирование первичной полоски
и положение ось тела зародыша

Scanning electron micrographs (SEM) of the stages of node morphogenesis. All panels
show ventral views of the distal tip of the embryo, the position of the node. Anterior is to the left.
A,B: MS (mid-streak, e7.25) stage. Visceral endoderm covers distal region
of the embryo.
C,D: LS stage (e7.5). Clusters of cells with small apical surfaces and cilia begin to
appear in groups near the presumptive node (arrows, C) and the axial midline (arrowheads, C). Some endoderm cells lie over the node field (arrowhead, D). Most cilia are located in the center of node cells at this stage.
E,F: 0B stage (e7.5– e7.75). The node region is free of overlying endoderm but has not adopted a concave shape. Cilia are longer and continue to project outward.
G,H: EHF stage (e7.75). The pit of the node is concave; cilia have elongated and project posteriorly. The panel in G is a lower magnification view of the embryo shown in Figure 3A.
These images are from
embryos in the C3H/HeJ inbred strain. Scale bars 20 m in A,C,E,G, 2 m in B,D,F,H.
Lee, Anderson DEV. DYNAMICS 237:3464–3476, 2008
Lee, Anderson DEV. DYNAMICS 237:3464–3476, 2008

MS stage
(midgastrula)
LS stage
(late gastrula)
EHF stage (early headfolf).
Формирование узелка (Node) – последовательные стадии
endoderm,
ventral node,
notochordal plate,
paraxial mesoderm,
epiblast.
Обнажившиеся на вентральной стороне клетки узелка эпителизируются и формируют реснички на впикальной (внешней) поверхности;
Куда деваются энтодермальные клетки, не очень понятно: мигрируют в латеральном направлении? не пролиферируют? гибнут?

Гаструляция у мыши: первичная полоска и зародышевый узелок (node)

Нотохорд эмбриона мыши
Формирующийся нотохорд у эмбриона мыши образует единый слой с энтодермой первичной кишки и контактирует с дном нервной трубки

Зародышевый цилиндр (мышь): формирование латеральной мезодермы

Карта презумптивных зачатков
эмбриона мыши 6.5 сут. развития
Исследование распространения клеток клона в развивающемся эмбрионе мыши:
А: В одну клетку эпибласта эмбриона мыши 6,5 сут. развития была инъецирована пероксидаза хрена
В,С: Потомки такой помеченной клетки через 24 и 40 часов после инъекции
Результат большого числа таких экспериментов:
Карта презумптивных зачатков для эмбриобласта эмбриона 6,5 сут.
и
Компьютерная 3D реконструкция распределения потомков меченой клетки на стадии нейруляции
K. Lawson, Int. J. Dev. Biol. 43: 773-775 (1999)

Участие двух сигнальных центров: узелка (node) и антериорной висцеральной энтодермы (AVE) в формирование головы и головного мозга млекопитающих.
AVE экспрессирует гены - Lim1, Otx2, Hex, Cerberus, Dickkopf.
Узелок – гены Hordin, Noggin
Линия клеток-предшественников АVE выявляется еще на стадии бластоцисты: экспрессия Lefty-1 в части клеток гипобласта;
В клетках первичной эктодермы, примыкающих к презумптивной AVE – экспрессия Cer-1
Ant-Рost ось: взаимодействие AVE и node

Зона AVE (оранж. цвет) подстилает подстилает перспективный участок антериальных нейральных структур.
Проксимальная зона постериального эпибласта (задняя часть первичной полоски (primitive streak (PS) – розовый цвет) – зона формирования латеральной мезодермы).
Антериальная часть первичной полоски (anterior primitive streak - APS) или организатор ранней гаструлы (early gastrula organiser – EGO), красный цвет на схеме), имеет набор экспрессируемых генов, характерных для организатора. Часть этих генов экспрессируется и в зоне AVE.
anterior visceral endoderm (AVE)
anterior primitive streak (also called the Early Gastrula Organiser, EGO)
Формирование антериальных (головных) структур
зависит от сигналов, посылаемых двумя организующими центрами
на стадии ранней гаструлы
Эмбрион. часть
зарод. цилиндра
6,5 сут.

analysis of mouse mutants
Нарушения генной экспрессии в клетках висцеральной мезодермы (HNF3β; Lim1 and Otx2-/- нокауты) приводят к образованию постериального эпибласта в антериальной области гаструлы
У нокаутов по генам HNF3β и Lim1 отсутствует антериальный эпибласт и вся область эмбриобласта заполнена клетками, имеющими характеристкики мезодермы или первичной полоски (розовый цвет)
У нокаутов по гену Otx2-/- зона AVE (оранж.цвет) расположена аномально, на дистальном конце зародышевого цилиндра. В результате в антериальной области ЗЦ не формируются головные структуры
У эмбрионов дикого типа первичная полоска (розовый) формируется в проксимально-постериальной области эпибласта.
Анализ фенотипов мутантных эмбрионов дает возможность предположить, что AVE (антериальная висцеральная энтодерма, показана оранжевым цветов) продуцирует сигнал (черные стрелки), который блокирует образование постериальных структур в антериальной области гаструлы мыши)

Epithelial-mesenchymal transition (EMT)

Зародышевый цилиндр: мышь
Зародышевый диск: цыпленок

Эмбрион мыши: 8,5 суток

Имплантация у человека

Эмбрион человека:
первый этап гаструляции - формирование первичной полоски

Эмбрион человека:
Второй этап гаструляции - формирование мезодермы

Эмбрион человека: нотохорд