Zon för polariserande aktivitet
| Zon med polariserande aktivitet | |
|---|---|
 Den apikala ektodermala åsen är ett förtjockat epitel i den mest distala änden av lemknoppen. Zonen för polariserande aktivitet är vid den bakre delen av lemknoppen.
| |
| Detaljer | |
| Identifierare | |
| latin | zona activitatis polarisantis |
| Akronym(er) | ZPA |
| TE | av polariserande aktivitet_efter_E5.0.3.0.0.1.5 E5.0.3.0.0.1.5 |
| Anatomisk terminologi | |
Zonen för polariserande aktivitet (ZPA) är ett område av mesenkym som innehåller signaler som instruerar den utvecklande lemknoppen att bildas längs den främre/bakre axeln. Lemknopp är odifferentierad mesenkym omsluten av ett ektodermhölje . Så småningom utvecklas lemknoppen till ben, senor, muskler och leder. Utveckling av lemknoppar bygger inte bara på ZPA, utan också på många olika gener, signaler och en unik region av ektoderm som kallas den apikala ektodermala åsen (AER). Forskning av Saunders och Gasseling 1948 identifierade AER och dess efterföljande inblandning i proximal distal utväxt. Tjugo år senare gjorde samma grupp transplantationsstudier i kycklingar och identifierade ZPA. Det var inte förrän 1993 som Todt och Fallon visade att AER och ZPA är beroende av varandra.
Mönster
Mönster längs lemknoppen kräver signaler från många källor. Specifikt hjälper proteiner som kallas transkriptionsfaktorer (TF) till att kontrollera hastigheten med vilken en gen transkriberas. Extremitetsknoppen uttrycker en TF som kallas ALX4 vid den främre delen av mesodermen , där TF HOXB8 uttrycks vid den bakre delen. Alx4-regionen, den mediala regionen och Hox8-uttrycksområdet möts i ett proximalt område där AER utvecklas. ZPA bildas där Hox8-regionen ansluter sig till AER.
Dessa regioner är beroende av signalering för att lämpliga induktionshändelser ska inträffa. AER uttrycker FGF8 som inducerar Shh -uttryck i den bakre mesodermen. Shh stimulerar sedan FGF4 att uttryckas i den bakre delen av AER. Efter dessa händelser finns det ett medberoende mellan FGF-4 och Shh för deras efterföljande uttryck och underhåll. Dessutom uttrycks Wnt7a i den dorsala ektodermen, behövs för att upprätthålla FGF- och Shh-signaleringen.
Apikal ektodermal ås
Saunders och Gasseling publicerade data i Journal of Experimental Biology 1948, som visar att referensmärken insatta nära kanten av den apikala gränsen på vingknoppen är utspridda över hela vingens underarm. Detta fick dem att tro att den apikala ektodermen kan spela en roll för att bilda delar av vingen. För att testa detta tog de bort apikala ektoderm från vingknoppar som gav deformerade vingar. När de tog bort dorsal ektoderm bildades normala vingar. Dessa resultat visade att cellerna i den apikala ektodermen har ett exakt öde att bilda specifika regioner av vingen.
Sonic igelkott
.jpg)
1968 gjorde Saunders och Gasseling transplantationsstudier med hjälp av vävnad från kycklingens lemknopp. Ta bort celler från den bakre delen av extremiteten, de transplanterade dem till den främre regionen och märkte att extra siffror bildades i det främre området och dessa siffror var spegelbilder till de normala. Denna bakre mesenkym var ZPA, som nu är känd för att uttrycka proteinet sonic hedgehog ( Shh). En hypotes är att vid höga koncentrationer orsakar denna okända morfogen att mesenkym bildas på den bakre sidan, medan låga koncentrationer inducerar mesenkym att bildas på den främre änden. Att identifiera denna morfogen var nästa avgörande steg. Den första hypotesen kom från Tickle et al. som visade att när retinsyra placeras i den främre kanten av lemknoppen uppstår spegelbildsdubbletter. Koncentrationer av retinsyra som orsakar spegelbildsduplikationer inducerar dock höga nivåer av en nedströms gen, retinsyrareceptorn Beta, som inte ses i den bakre regionen. Det är nu känt att endogen retinsyra verkar tillåtande före initiering av lemknoppar för att tillåta knoppningsprocessen att börja, och att den specifika morfogenen, som antas vara Shh, normalt uttrycks oberoende av retinsyra i den bakre delen av lemknoppen. Genom att titta på signalhomologer från andra organismer fungerade segmenteringsgenen av Drosophila , igelkott, som en livskraftig kandidat.
Tanken att Shh krävs för korrekt ZPA-signalering och bildning av främre/bakre extremiteter behövde testas. Riddle et al. tog Saunders och Gasselings resultat till nästa steg och bevisade att Shh är morfogenen inom ZPA som krävs för anterior posterior mönstring. Genom att isolera Shh-genen och implantera den i den främre extremitetsknoppen bildades spegelbildssiffror duplikationer.
Isolering utfördes genom att designa PCR -primers som motsvarar sekvenser av Shh som är konserverade i Drosophila och mus och involverade i lemknoppbildning. Klonen användes sedan som en mall för att screena ett cDNA- bibliotek från steg 22 lemknopp-RNA. Gruppen uttryckte genen ektopiskt genom att dra fördel av en retroviral vektor för att infoga cDNA:t i kycklingceller. Det finns unika typer av denna retrovirala vektor som bara infekterar specifika stammar av fågelarter. Därför använde denna grupp en retroviral vektor som kallas RCAS-E, som saknar ett höljeprotein av typ E och kan infektera vissa kycklingembryonfibroblaster med Shh.
Resultaten visade siffror duplikationer, där den vanligaste var 4-3-3-4, med siffra 2 saknas. Även om det fanns variabilitet, var det klart förenligt med främre till bakre positionsmönster. Variationer berodde på mängden vävnad som transplanterades och transplantatets placering. Dessa fynd tyder på att Shh skulle kunna ersätta ZPA:s funktion. Således räcker Shh för ZPA-verkan.
Medlare
Shh kan vara en kritisk signal som reglerar ZPA-funktionen, men generna som är involverade i Shh-signalering är under kontroll av flera andra faktorer som behövs för ZPA-underhåll och funktion inklusive Hand2 och Hoxb-8. Retinsyra , en viktig signalmolekyl som behövs under embryogenesen, verkar genom Hox-generna. Det postulerades ursprungligen att retinsyra verkar för att inducera Hoxb-8-genen, men denna hypotes har inte stöds av genetiska studier på musembryon som saknar retinsyrasyntes som fortfarande uttrycker Hoxb-8 i extremiteten. Hoxb-8-signalering är aktiv i det tidiga embryot, med början vid den bakre änden av sidoplattans mesoderm och sträcker sig till den främre regionen. När Hoxb-8 sprider sig till fler främre regioner, induceras Shh i området som kommer att bli ZPA. Shh induceras endast i den främre regionen på grund av signaler från AER. Experiment utförda av Heikinheimo et al. visar att när AER tas bort är kulor som uttrycker FGF tillräckliga för att inducera Shh-signalering i ZPA. Den troliga signalfaktorn från AER är således FGF.
När AER tas bort, uttrycks inte längre Shh och ZPA kan inte längre upprätthållas. FGF-4 agerar i en positiv återkopplingsmekanism och uttrycks nära ZPA. FGF-4 verkar för att upprätthålla Shh-uttryck, medan Shh verkar för att upprätthålla FGF-4-uttryck. Samtidigt uttrycks Wnt-7a i den dorsala ektodermen och ger ytterligare positiv feedback till FGF-4 och Shh. Utan detta system är lemmar och siffror antingen avsevärt reducerade eller saknas.
Nedströms signaler
Nedströmsmålen som aktiveras som svar på Shh utgör en annan utmaning. Gener som är mål för Shh-signalering kodar för faktorer som leder till bildandet av autopoden , stylopoden och zeugopoden .
Aktivering av Gli zink-finger transkriptionsfaktorer sker genom Hedgehog signalvägen . Det finns tre Gli-faktorer som är väsentliga för extremiteternas utveckling: Gli1 , Gli2 och Gli3 . Utan Shh bearbetas Gli2 och Gli3 till en repressorform och reser till kärnan för att undertrycka Shh-svaret. Men när Shh är närvarande kan obearbetade Gli2 och Gli3 passera in i kärnan och stimulera uttrycket av Shh-målgener, inklusive Gli1. Studier på möss visar att Gli3 knockouts har polydaktyliska siffror. I grunden verkar Shh för att ta bort förtrycket av Gli3. När Shh diffunderar från ZPA dominerar den i den bakre delen av lemknoppen, vilket aktiverar Gli3 i den bakre regionen, medan repressorn fortfarande är aktiv i den främre regionen. Detta leder till aktivering av andra gener såsom Hox-gener, FGF-gener och BMP-gener i den bakre regionen, vilket skapar siffermönster. BMP , spelar en roll i extremiteternas morfologi, specifikt sifferpositionering, men den specifika regleringen av BMP är oklar.
I synnerhet kommer Hox-generna A och D sannolikt att kontrolleras av Shh inom ZPA. Tre faser av aktivering av Hox-generna resulterar i mönstring av lemmen parallellt med uttrycket av Hox-generna i ett kapslat mönster. Aktivering av dessa gener resulterar i en ny extremitetsaxel som i slutändan resulterar i sifferutveckling, möjligen tolkande av genuttryck för att tilldela sifferidentitet. Sammantaget kräver den molekylära ZPA inmatning för flera signalcentraler, men fungerar som en organisatör själv, vilket inducerar anterior-posterior klappning av kycklingens lemknopp.