Download Лекция 8. Производные мезодермы, часть 1 презентация

Производные
мезодермы
Эмбрион человека:
Второй этап гаструляции - формирование мезодермы
Параксиальная, промежуточная и латеральная мезодерма
Эмбрион человека, поперечные срезы
Сомитогенез: эмбрион крысы 8 и 14 суток
Сомиты (туловищная область) и сомитомеры (головная область)
Сегментация мезодермы сомитов у позвоночных животных
“часы сегментации” молекулярный осциллятор
Сегментация мезодермы
сомитов – при помощи
взаимодействия каскадов
Notch, Wnt и FGF в ходе
цикла, состоящего из
следующих стадий:
1) Осцилляция Notch по антериально-постериальной оси, распространение сигнала начиная от наиболее
постериальной области (зона пролиферации мезодермы в
области хвостовой почки)
2) Активность Notch включает экспрессию Hes1 и Hes7
(bHLH-содержащие факторы транскрипции)
3) Hes1 и Hes7 по принципу обратной связи блокируют
активность Notch
4) Ингибирование Hes1, Hes7 и Lunatic Fringe (один из
белков, участвующих в Delta-Notch взаимо-действии)
5) В результате под воздействием FGF включается Wntсигнальная система и запускается новый цикл осцилляции
http://www.nature.com/nrg/journal/v6/n1/fig_tab/nrg1503_F2.html
Сигнальные молекулы при формировании и дифференцировке сомитов
Сигнальные молекулы: черные стрелки
ингибирующие сигналы: красные стрелки
Дифференцировка
сомитов
Антериально-постериальная специфичность дифференцировки сомитов
Область
почек верхних
конечностей
Торакальный
отдел
Крестцовый
отдел
Мышечная
ткань
Миогенез
Популяции стволовых мышечных клеток в ходе миогенеза
Первичний миогенез - миобласты
Вторичный (репарационный) миогенез – миосателлитные клетки
MyoD-семейство - миогенных basicHLH транскрипционных факторов
Мезодерма:
формирование сердца
и
сосудистой системы
Формирование сосудов и сердца
Формирование закладки сердца
Формирование
закладки сердца
Кардиальная закладка – эмбрион человека 18-22 суток
При формировании головной
(передней) туловищной складки
первичная кардиальная трубка
и закладка перикарда
поворачивается на 180 градусов
Wnt signaling in early cardiac specification and
differentiation.
(A) Cross-section of the trunk of a post-gastrulation mouse
embryo depicting how various Wnt ligands and Wnt
antagonists impinge upon early cardiac mesoderm
specification. Dorsal is uppermost. Green tube represents
the notochord, the green bottom layer represents the
early definitive endoderm, blue indicates the
neuroectoderm, red indicates precardiac mesoderm
and yellow represents splanchnic mesoderm.
Wnt1 and Wnt3a are expressed in neuroectoderm, Wnt11
and others, including Wnt2a and Wnt2b (not shown), are
expressed in precardiac mesoderm.
Wnt antagonists crescent (frizzled-related protein 2)
and Dkk1(dickkopf homolog 1) are expressed in the
underlying definitive endoderm and inhibit canonical Wnt
signaling in the precardiac mesoderm.
(B) Studies in ES cells (yellow) show that activation of Wnt
signaling prior to, or around the same time as, cardiac
mesoderm specification results in increased cardiac
differentiation of cardiac myocytes (red), whereas later Wnt
signaling activation inhibits cardiac differentiation
significantly (Naito et al., 2006).
(C) A model showing how Wnt signaling is important for
cardiac induction but is inhibitory to later cardiac
differentiation. This control could be partly due to the
effects of Wnt antagonists secreted from the underlying
endoderm.
Cohen, E. D. et al. Development 2008;135:789-798
Методы in vitro дифференцировки ЭСК для исследования
ранней спецификации клеточных линий
Notch signaling respecifies the
hemangioblast to a cardiac fate
To efficiently generate cardiomyocytes from embryonic stem (ES) cells
in culture it is essential to identify key regulators of the cardiac lineage
and to develop methods to control them.
Using a tet-inducible mouse ES cell line to enforce expression of a
constitutively activated form of the Notch 4 receptor, we show that
signaling through the Notch pathway can efficiently respecify
hemangioblasts to a cardiac fate, resulting in the generation of
populations consisting of more than 60% cardiomyocytes.
Notch signaling can initiate cardiaclineage specification in part through
the coordinated activation of BMP
signaling and the inhibition of the bcatenin dependent Wnt pathway.
The cardiogenic effects of Notch
signaling were demonstrated in the
normal progression of cardiac
mesoderm (Bry-GFP+/Flk-1–) to
cardiomyocytes and in the dramatic
respecification of hemangioblasts to
cardiovascular progenitors. These
progenitors appear to be similar to
the cardiovascular progenitors
(cardiovascular colony-forming cell;
CV-CFC)
Chen et al VOLUME 26 NUMBER 10 OCTOBER 2008 NATURE BIOTECHNOLOGY
Эмбриональное
кроветворение
Линии мышей, несущих мутации, при которых наблюдается снижение
численности популяции и нарушение миграции кроветворных клеток :
W – мутации в локусе W
Sl (Steel) – мутации в локусе Sl
# локус W несет ген
рецептора тирозинкиназы
(c-Kit)
# локус Sl кодирует его
лиганд (Kit-ligand или Steel
factor – SLF).
Мыши из коллекций Jackson’s Laboratories (США), крупнейшего
центра, хранящего генетические линии лабораторных животных:
Рис.1: у мыши окрашены только радужка глаз и уши.
Рис.2: меланоциты отсутствуют на некоторых участках тела
мышей.
Высокая активность
тирозинкиназы необходима
для нормального процесса
размножения и миграции
популяций, клеток,
мигрирующих в эмбриональный период развития
(ППК, клетки нервного гребня,
кроветворные клетки).
Экспрессия различных типов гемоглобинов в онтогенезе человека
Газообмен
между гемоглобинами
матери и плода
Эмбрион мыши, 15 сут.
кроветворение
Происхождение
кроветворных клеток:
схема на конец 20в.
Происхождение
эмбриональных HSC
?
Аorta–gonads–mesonephros (AGM):
• subaortic patches (SAPs), located below the aortic floor
• hematopoietic intraaortic clusters (HIACs)
SAP появляются
раньше, чем HIAC
(8.5–9 vs 10 dpc)
10 dpc:
80-100 HSC
(C) Модель появления и миграции предшественников кроветворных клеток:
HSCs (оранжевые) выявляются в области SAP (1), мигрируют по
направлению к аорте (2), затем HSC проникают через дно аорты и участвуют
в формировании кластеров HIAC (3), а затем выходят в кровоток.
Toward a model for emergence
and migration of embryonic
HSCs.
(A) Localization of hemogenicrelated structures, SAPs
(purple), and HIAC (pink)
within a 10.5-dpc embryo.
(B) Relative distribution of
multipotent precursors
(orange), SAPs (purple), and
HIACs (pink) in 8.5- to 12-dpc
embryos.
Whereas GATA-3 SAPs appear
below the aortic floor as soon
as the first multipotent
precursor is generated,
HIACs are present only at the
AGM stage, when the number
of precursors generated
Bertrand YJ et al., Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 102(1):134-9
Происхождение
эмбриональных HSC
?
Проточная цитометрия и клеточный сортинг
The combinatorial approach undertaken here allowed us to distinguish between
ECs and hematopoietic cells, by GATA-3, CD41, and Flk1 differential expression.
The 3D examination of SAP anatomy also distinguishes SAP cells from ECs
because the CD31 cell clusters located below the aortic floor do not harbor a
lumen and do not connect with the vascular network
Bertrand YJ et al., Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 102(1):134-9
Гемангиобласт:
•стенка желточного мешка
•область P-Sp/AGM
Рara-aortic splanchnopleura/aorta-genital ridges-mesonephros (P-Sp/AGM) region
Ангиобласт
HSC
Гемангиобласт?
Дифференцировка гемангиобластов в стенке желточного мешка
Метод клонального анализа для исследования происхождения гемангиобластов
Адгезивные
клетки
Неадгезивные
клетки
Analysis of embryos carrying complementary
DNA of the green fluorescent protein targeted to the
brachyury locus demonstrates that the
haemangioblast is a subpopulation of mesoderm that
co-expresses brachyury (also known as T).
GFP–Bry embryos at E7.5 were dissected into the yolk
sac (YS), anterior (Ant), lateral (L), posterior primitive
streak (PPS) and distal primitive streak (DPS) and
cultured in haemangioblast conditions (numbers of
haemangioblast-derived colonies from fragments)
CD31 (эндотелиальный маркер) –зеленый
Гладкомышечный актин - красный
A model of haemangioblast development in the
mouse embryo. The haemangioblast is a
brachyury+ cell that arises in the primitive streak
and migrates onto the yolk sac where it
differentiates into haematopoietic (H), endothelial
(E) and vascular smooth muscle (VSM)
progenitor cells.
NATURE |VOL 432 | 2 DECEMBER 2004 |www.nature.com/nature
Производные мезодермы:
формирование урогенитальнной системы
Нефротом: смена 3 поколений почек в эмбриогенезе
Формирование метанефроса:
взаимодействие выроста протока мезонефроса и нефрогенной бластемы
Dors
Vent
мезонефрос
метанефрос
Эмбрион свиньи, 1 мес.
1
4 5
2
3
самец
самка
6
Первичные половые
клетки (ППК) мыши,
окраска на щелочную
фосфотазу
Четыре гипотезы происхождения ППК
(по Дыбану А.П., 1988)
Красным заштрихованы участки, с которыми
связывают происхождение ППК.
1. Гипотеза половой плазмы:
Цитоплазматические детерминанты, ответственные за
формирование ППК, образуются во время оогенеза.
2. Сегрегационная гипотеза: Половые
детерминанты образуются в цитоплазме зиготы после
оплодотворения. Как и в первом случае, эти
цитоплазматические факторы попадают при
дроблении только в некоторые бластомеры, которые и
являются предшественниками ППК.
3. Гипотеза стволовых клеток: ППК
обособляются во внутренней клеточной массе
бластоцисты или в эпибласте до начала гаструляции
и формирования зародышевых листков.
4. Гипотеза зародышевых листков: ППК
происходят от одного из трех зародышевых листков
(эктодермы, энтодермы или мезодермы)
Выделение линии половых клеток у птиц:
CVG – маркер клеток половаго ряда, гомолог гена Vasa
N. Tsunekawa and others, 2000
Выделение линии половых клеток
у мыши
6,0 dpc
7,0 dpc
Diagram from McLaren (1999).
At 6.0 dpc, a signal (solid arrows) coming from the
extraembryonic ectoderm (blue) predisposes cells in the
proximal layer of the epiblast (brown) towards a germ-line
fate. This whole layer of PGC precursors moves (dashed
arrow) towards the primitive streak and up into the
extraembryonic region.
At 7.0 dpc, the newly formed extraembryonic mesoderm
(gold) is moving across to form the exocoelomic cavity
(white). Some of the PGC precursors stop migrating and
constitute the cluster of cells representing the origin of the
germ cell lineage. This may involve a second (unidentified)
signal or signals (solid arrows). Yellow, visceral endoderm
Diagram reproduced from Saitou et al. (2002), illustrating the
fragilis expression pattern during gastrulation.
(a) Lateral view of an early bud stage embryo with expression of
fragilis. Anterior (A) is to the left and posterior (P) to the right.
Strong expression was observed specifically at the base of the
incipient allantois, the location of nascent PGCs.
(b) fragilis expression from mid bud (farthest left) to early head
fold (farthest right) stages, as viewed from the lateral side. fragilis
expression is strong in the centre (arrowheads)—the site of the
founder PGC cluster. fragilis expression fades at the early head
fold stage (extreme right) when PGCs commence migration.
Arrows indicate developing allantois where fragilis expression is
weak or absent.
(c) Lateral views of pre-streak-stage embryos (6.25 dpc) with
expression of fragilis. Intense signal was observed in proximal
epiblast cells adjacent to the extraembryonic
ectoderm (arrowheads).
(d) fragilis expression from pre-streak (6.0 dpc) (farthest left) to
early bud (farthest right) stages. The initial domain of fragilis
expression in the most proximal epiblast followed by its
movement to the posterior region during gastrulation is shown.
This expression pattern matches with
the observations from clonal analysis for the origin, migration and
segregation of the germ cell lineage.
A. McLaren / Developmental Biology 262 (2003) 1–15
Структура SRY
Structure of mouse and human SRY protein.
The HMG DNA-binding domain is shown in red and the large glutamine-rich domain of the mouse SRY
COOH terminus is in dark yellow.
Nuclear translocation is mediated by one NLS (pink) at either end of the HMG domain.
The NH2-terminal NLS is recognized and bound by calmodulin (CaM), whereas the COOH-terminal acts via
importin . For both mouse and human SRY, a putative transactivation domain (TAD, light yellow) has been
described. The hinge or bridge region (green) interacts with mouse SRY-interacting protein 1 (SIP1/NHERF2) and the KRAB-only protein, whereas human SRY interacts with SIP-1/NHERF2 via its COOH
terminus.
Sex-reversing mutations in human SRY (marked by asterisks) leading to gonadal dysgenesis or
hermaphroditism are mainly found in the HMG domain.
Гонады: мышь, 12,5 суток развития
Дифференцировка клеток Сертоли
Differentiation of pre-Sertoli cells
into Sertoli cells. Nonpolarized,
dispersed somatic cells visualized by
SOX9 immunofluorescence (green)
represent pre-Sertoli cells at the24-tail
somite (ts) stage. A few hours later, by
28 ts, these cells become polarized,
forming epithelial aggregates that
assemble into testis cords; at this stage
they are referred to as Sertoli cells.
PECAM-1 counterstaining (red) marks
PGCs and endothelial cells.
Model for cell-autonomous and prostaglandin-mediated upregulation
of Sox9 in pre-Sertoli cells. Sry induces Sox9 cell-autonomously
either via a direct or indirect regulatory mechanism (1). Subsequently,
Sox9 maintains its own expression in an autoregulatory loop
(2). In addition, Sry and/or Sox9 serve to upregulate Pgds (3), which
leads to prostaglandin D2 (PGD2) synthesis (4) and secretion. PGD2 can
act by binding to its receptor DP (5), to upregulate Sox9 expression in
a paracrine, and possibly also an autocrine manner (6). Thus cells that
do not express Sry or fail to reach a threshold of Sry expression can be
induced to upregulate Sox9 and differentiate as Sertoli cells. [Adapted
from Smith et al.
Клетки Сертоли и молекулярные каскады
дифференцировки клеток гонады по мужскому типу
Double-headed arrows, binding to a receptor; colored arrows (blue, red, green), differentiation of
precursor cells into testis-specific cell types; black, bold arrow, gene important for cellular process.
Physiol Rev • VOL 87 • JANUARY 2007
Мезонефрос и закладка гонады
(эмбрион человека, 1,5 мес. , сагиттальный срез)
Лишние слайды
http://www.thyroidmanager.org/Ch...text.htm
Figure 15-2. Interrelationships of maternal, placental, and fetal thyroid
www.thyroidmanager.org/figures15...15-2.jpg
http://www.nature.com/nrn/journa...221.html
Figure 1 | Skeletal fate of cranial neural crest cells in vertebrates.
http://www.nature.com/nrn/journa...221.html
Figure 5 | Molecular pathways involved in the specification of frontonasal,
www.nature.com/nrn/journal/v4/n1...1-f5.jpg
http://anatomy.iupui.edu/courses/histo_D502/D502f04/lecture.f04/Earf04/Ear.f04.html
http://anatomy.iupui.edu/courses/histo_D502/D502f04/lecture.f04/Earf04/eardev.jpg
Review
Nature Reviews Genetics 5, 499–508 (1 July 2004) | doi:10.1038/nrg1380
Article tools
Send to a Friend
Rights & Permissions
Order commercial reprints
Search Pubmed for
Abigail Tucker
Paul Sharpe
The cutting-edge of mammalian development; how the embryo makes teeth
Abigail Tucker & Paul Sharpe
Abstract
A wealth of information has recently become available on the molecular signals
that are required to form and pattern the dentition in the mouse, shedding light on
how important decisions about tooth shape, tooth number and cusp (cone-shaped
prominence) number are generated. This information, which has been gleaned
principally from knockout mice and manipulation of organ cultures, has been used
to identify the genes and developmental processes that underlie the many human
disorders in which tooth development is defective. Mouse models of several of
these syndromes have also indicated ways in which such conditions could be
treated.
To read this article in full you may need to log in, make a payment or gain
access through
http://www.endotext.org/pediatrics/pediatrics7/pediatrics7.html
http://www.endotext.org/pediatri...cs7.html
Figure21. Regulation of fetal AMH expression.
Сомиты и формирование позвонков