Brote del miembro

El brote del miembro es una estructura formada temprano en el desarrollo del miembro. A consecuencia de interacciones entre el ectoderm y mesodermo subyacente, la formación ocurre aproximadamente alrededor de la semana la cuarta semana del desarrollo como mesenchymal células del mesodermo del plato lateral y el somites comienza a proliferar al punto donde crean un aumento bajo las células ectodermal encima. El brote del miembro permanece activo durante la mayor parte del desarrollo del miembro, y su señalización estimula la formación de otro centro señalado, el apical ectodermal canto (AER) así como formación de la zona de la actividad que se polariza (ZPA) dentro del mesenchyme. Las células mesenchymal del brote del miembro, que estimulan la formación AER así como mantienen la actividad AER, determinan que tipo de miembro se formará. La señalización de ZPA establecerá la polaridad del miembro, así como sostendrá la actividad AER apropiada.

Posición y formación

El miembro brota la forma de células localizadas en la mayor región del campo del miembro. Los genes Hox, que definen rasgos a lo largo del eje anterior y posterior, dictan en cual punto a lo largo de ese miembro del eje los brotes se formarán. Aunque los miembros surjan en posiciones diferentes en especies diferentes, su posición siempre guarda correlación con el nivel de la expresión génica de Hox a lo largo del eje anterior y posterior.

Los brotes del miembro superiores, que se destinan para hacerse forelimbs (armas en la gente), forma en una posición entre las vértebras cervicales inferiores y vértebras torácicas superiores. Los brotes del miembro inferiores, que se harán hindlimbs (piernas en la gente), se forman unos días después de los brotes del miembro superiores cerca de las vértebras lumbares y vértebras sacrales superiores. Todos los brotes del miembro deben confiar en otros factores señalados para obtener su identidad. La expresión génica de Hox influye en la expresión de proteínas de Tbx que por su parte dictan la identidad del miembro. En la gente, Tbx4 especifica el estado hindlimb, mientras Tbx5 especifica el estado forelimb.

En ratones, sin embargo, tanto hindlimbs como forelimbs se pueden desarrollar en la presencia de Tbx4 o de Tbx5. Aquí, Pitx1 parece ser necesario para la especificación del hindlimb, mientras que su ausencia causa el desarrollo forelimb. Tbx4 y Tbx5 parecen ser importantes para la consecuencia del miembro, pero no necesariamente su identidad en ratones.

Antes de que el desarrollo del miembro comience, la expresión de FGF10 se hace restringida a las células mesenchymal que proliferan del mesodermo del plato lateral, que forman el brote del miembro y se hacen el miembro mesenchyme. WNT2B y WNT8C estabilizan esta expresión FGF10 en el forelimb e hindlimb, respectivamente. Esta expresión FGF10 estimula la expresión WNT3 en el susodicho ectodermal células – causar la formación del apical ectodermal canto (AER) así como inducir expresión de FGF8. El FGF8 secretado por el AER actúa para guardar las células del miembro mesenchyme en un estado activo mitotically y sostiene su producción de FGF10. Este lazo del feedback positivo entre el miembro mesenchyme y el AER mantiene el crecimiento continuado y desarrollo del miembro entero. Además de la consecuencia del miembro, la formación de un centro señalado crucial, la zona de la actividad que se polariza (ZPA), en una pequeña parte posterior del brote del miembro ayuda a establecer la polaridad anterior y posterior en el miembro a través de la secreción de la proteína erizo Sónico (Shh). El ZPA también juega un papel importante en especificar al principio la identidad del dígito, manteniendo más tarde la morfología AER apropiada y siguió la secreción FGF8 – para asegurar la actividad mitotic apropiada del brote del miembro mesenchyme bajo. Finalmente, el miembro mesenchyme formará los huesos, músculos y otro tejido conjuntivo del miembro.

Relación entre modelado del miembro y la expresión génica Hox

Los genes Hox, que al principio establecen el eje anterior y posterior del embrión entero, siguen participando en la regulación dinámica del desarrollo del miembro hasta después del AER y ZPA se han establecido. La comunicación compleja sigue como AER-secretado FGFs y Shh ZPA-secretado inician y regulan la expresión génica de Hox en el brote del miembro en vías de desarrollo. Aunque muchos de los detalles más finos queden por resolverse, varias conexiones significativas entre la expresión génica de Hox y el impacto al desarrollo del miembro se han descubierto.

El modelo de la expresión génica de Hox se puede dividir en tres fases durante el desarrollo del brote del miembro, que equivale a tres límites claves en el desarrollo del miembro proximal-distal. La transición de la primera fase a la segunda fase es marcada por la introducción de Shh del ZPA. La transición en la tercera fase es marcada entonces por cambios de cómo el brote del miembro mesenchyme responde a la señalización de Shh. Esto significa que aunque la señalización de Shh se requiera, su cambio de efectos con el tiempo ya que el mesodermo es primed para responder diferentemente a ella. Estas tres fases de la regulación revelan un mecanismo por el cual la selección natural puede modificar independientemente cada uno de los tres segmentos del miembro – el stylopod, el zeugopod y la autovaina.

Los genes Hox “físicamente se unen en cuatro racimos cromosómicos (Hoxa, Hoxb, Hoxc, Hoxd), y parece que su posición física en el cromosoma guarda correlación con el tiempo y lugar de la expresión. Por ejemplo, la mayor parte 3’ genes de Hoxc (HOXC4, HOXC5) sólo se expresan en los miembros anteriores (alas) en pollos, mientras más 5’ genes (HOXC9, HOXC10, HOXC11) sólo se expresan en los miembros posteriores (piernas). Los genes intermedios (HOXC6, HOXC8) se expresan en ambos los miembros superiores e inferiores. Dentro del brote del miembro, la expresión también varía como una función de la posición a lo largo del eje anterior y posterior. Tal es el caso con HOXB9, que el más muy se expresa al lado del AER y disminuye moviéndose anteriormente a posteriormente, causando la menor parte de expresión HOXB9 al lado de ZPA posterior. La expresión de HOXB9 está inversamente proporcional al nivel de la expresión de Shh, que tiene sentido, ya que el ZPA secreta Shh.

HOXA y los genes HOXD en su mayor parte siguen anidó esferas de la expresión, en las cuales se activan uniformemente a lo largo del eje anterior y posterior del propio miembro, pero no el eje anterior y posterior del cuerpo entero. Mientras que HOXC y los genes HOXB tienden a restringirse a miembros específicos, HOXA y HOXD por lo general se expresan en todos los miembros. HOXD9 y HOXD10 se expresan en el miembro en vías de desarrollo en todas partes del eje anterior y posterior entero, seguido de HOXD11, HOXD12, HOXD13, que cada uno se expresan en más regiones posteriores, con HOXD13 restringido a sólo la mayor parte de regiones posteriores del brote del miembro. Como consiguiente, los racimos de la expresión de HOXD alrededor de ZPA posterior (donde HOXD9, 10, 11, 12, y 13 todos se expresan), mientras menos expresión ocurre alrededor del AER, donde sólo HOXD9 y HOXD10 se expresan.

Experimentos relevantes

Imitando las secreciones de FGF10 iniciales de las células del mesodermo del plato laterales, el desarrollo del miembro se puede iniciar. Otras moléculas señaladas se implican en la determinación de la identidad del miembro.

  1. La colocación de FGF10-contener cuentas bajo el pollito ectodermal células causa la formación un brote del miembro, AER, ZPA y, posteriormente, un miembro entero. Cuando las cuentas crearon brotes del miembro hacia la región anterior, forelimb formación coincidió con la expresión Tbx5, mientras la formación hindlimb coincidió con la expresión Tbx4. Cuando las cuentas se colocaron en medio del tejido del flanco, la parte anterior expresó Tbx5 y rasgos de forelimb, mientras la parte posterior del miembro expresó rasgos de hindlimb y Tbx4.
  2. Cuando los embriones del pollito se tramaron para expresar constitutivamente Tbx4 (vía el viral-transfection) en todas partes de su tejido del flanco, cada miembro que cultivaron era una pierna, hasta aquellos que se formaron en la región anterior, que se haría normalmente alas. Esto confirma el papel de proteínas de Tbx en el tipo de miembro que se desarrolla.
  3. Dejar pasmado Tbx4 o golpe de gracia Tbx5 previene la expresión FGF10 en el mesodermo del plato lateral en ratones. El camino Hox puede afectar la expresión de Tbx, que por su parte afecta la expresión FGF10.
  4. Cuando Pitx1 incorrectamente se expresó en el ratón forelimbs, varios genes hindlimb-asociados (Tbx4, HOXC10) se encendieron y modificaciones drásticas de los músculos, huesos, y los tendones cambiaron el fenotipo hacia ese de un hindlimb. Esto indica que Pitx1 – a través de Tbx4 - desempeña un papel en la aparición de propiedades hindlimb.

HOXD11 se expresa el más posteriormente, cerca del ZPA, donde los niveles superiores de la expresión de Shh ocurren.

  1. Cuando el ácido retinoico se aplica para inducir la expresión de Shh, un ZPA se trasplanta, o la expresión ectopic de Shh se estimula, la expresión de HOXD11 sigue.

Estos experimentos revelan que el miembro mesenchyme contiene la información necesaria acerca de la identidad del miembro, pero el AER es necesario para estimular el mesenchyme para cumplir con su destino (de hacerse un brazo, pierna, etc.)

  1. Cuando el AER se quita, altos de desarrollo del miembro. Si una cuenta de FGF se añade en el lugar del AER, beneficios de desarrollo del miembro normales.
  2. Cuando AER suplementario se añade, dos forma de miembros.
  3. Cuando forelimb mesenchyme se sustituye por hindlimb mesenchyme, un hindlimb crece.
  4. Cuando forelimb mesenchyme se sustituye por el no miembro mesenchyme, los retrocesos de AER, y el desarrollo del miembro para

El ZPA primero especifica la polaridad anterior y posterior (y dicta la identidad del dígito), y luego, sosteniendo la actividad de AER, asegura que la proliferación de la célula necesaria ocurra para la formación normal de un miembro de cinco dígitos.

  1. Cuando Shh normalmente secretado del ZPA se inhibe (a través de uso de tamoxifen o a través de mutantes Shh-nulos) la morfología AER, en particular su grado anterior, se perturba y su señalización de FGF8 disminuyó. A consecuencia de Shh downregulation durante la extensión del brote del miembro, el número de dígitos se disminuyó, pero las identidades de los dígitos formados no se cambiaron.

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