VI Fare lo sfintere pilorico
Gli studi sullo sviluppo dello sfintere pilorico si sono concentrati in gran parte su modelli murini e aviari. Lo stomaco del topo presenta la tipica morfologia foregut mammifero in cui il corpo contenente cellule parietali è anteriore a un antro secernente muco. Nel pulcino, tuttavia, il proventricolo è la regione ghiandolare anteriore., Un ventriglio muscolare funzionalmente unico forma lo stomaco posteriore, ma esprime molti degli stessi marcatori genetici dell’antro dei mammiferi.82-84 La regione pilorica nel pulcino ha un epitelio unico, che differisce da quello del ventriglio circostante o dell’intestino. Tuttavia, nel topo, non ci sono differenze morfologiche notevoli nell’epitelio che separano l’antro dal piloro. Nonostante queste evidenti variazioni nella morfologia del tratto gastrointestinale, la rete genetica del piloro e dello sviluppo distale dello stomaco sembra essere ben conservata tra le due specie.,82
Uno dei primi marcatori del territorio pilorico è Nkx2-5. L’espressione di questo gene omeobox viene osservata per la prima volta nelle condensazioni bilaterali della piastra mesodermica splancnica a E9.5.21 Da E10. 5, l’espressione Nkx2-5 delimita chiaramente un anello di mesoderma appena distale allo stomaco, nel sito del futuro piloro. L’espressione di Nkx2-5 a questa giunzione tra l’intestino e lo stomaco è vista in uccelli, topi, rane adulte e girini (nonostante il fatto che i girini abbiano uno stomaco scarsamente delimitato e nessuno sfintere pilorico).,82 Sebbene il dominio della colorazione Nkx2-5 sia leggermente più ampio nei girini rispetto alle rane adulte (è espanso leggermente anteriormente), il fatto che questo marcatore sia espresso, anche in assenza di uno sfintere pilorico, suggerisce che Nkx2-5 possa svolgere ruoli di pattern indipendenti dal suo possibile ruolo nello sviluppo dello sfintere di per sé. Poiché gli embrioni di topo Nkx2-5-null muoiono molto presto di difetti cardiaci,l’analisi 85 della sua partecipazione alla morfogenesi dello sfintere o al patterning in generale dovrà essere analizzata usando un approccio condizionale.,
Nel pulcino, il dominio di espressione Nkx2-5 si trova sul piloro e si sovrappone al dominio per i recettori Bmp, Bmpr1b e Bmpr1a.83 Bmp4, uno dei ligandi per questi recettori, è escluso dal ventriglio e dal piloro, ma espresso nel mesoderma intestinale adiacente. L’espressione ectopica di Bmp4 o dei suoi recettori nel ventriglio amplia il dominio dell’espressione Nkx2-583 mentre l’espressione ectopica della zucca lo riduce.83,84 Inoltre, la sovraespressione dei recettori Bmp attiva Nkx2-5 in modo autonomo cellulare., L’espressione ectopica Bmp4 cambia anche il carattere dell’epitelio ventriglio per assomigliare a quello della regione pilorica.84 È interessante notare che ciò si verifica senza cambiamenti nell’espressione dei marcatori dello stomaco (Sox2 e Barx1), marcatori intestinali (CdxA e Nkx2.3) o marcatori dell’intera regione (Pdx1). Pertanto, questi primi studi hanno suggerito che Bmp4 (che è a valle dei segnali Shh dall’endoderma) è direttamente responsabile del modello di espressione di Nkx2-5 al piloro e che Nkx2-5 può a sua volta attivare segnali che parlano di nuovo all’epitelio per determinare il suo carattere.,
Oltre alla sua attivazione di Nkx2-5, l’attività della via BMP attiva anche l’espressione di Sox9 nel mesenchima pilorico in modo autonomo dalle cellule.83,86 È interessante notare che l’errata espressione di Nkx2-5 non influisce sull’espressione Sox9 (e viceversa), suggerendo percorsi indipendenti per l’attivazione di ciascuno di questi fattori da parte del BMP.,86,87 L’endoderma del ventriglio di pulcino può essere convertito in epitelio di tipo pilorico mediante errata espressione di forme dominanti-negative di Nkx2-5 (enrepNkx2-5) o Sox9 (Sox9DCter), sebbene la conversione epiteliale di enrepNkx2-5 in questo modo sia incompleta,83,87 suggerendo che Nkx2-5 non è sufficiente per specificare la regione pilorica. È interessante notare che l’errata espressione di Gremlin nel mesoderma ventriglio produce un fenotipo epiteliale simile a Bmp4, Bmpr1b, Nkx2-5 o Sox9, suggerendo che Nkx2-5 e/o Sox9 possono specificare l’epitelio pilorico indirettamente attraverso la regolazione dell’espressione di Gremlin.,87 A sostegno di questa ipotesi, l’errata espressione di Sox9 o Sox9DCter nel mesoderma dello stomaco espande o riduce l’espressione di Gremlin, rispettivamente. Poiché Nkx2-5 non regola Sox9 e la relazione regolatoria tra Nkx2-5 e Gremlin non è chiara, il meccanismo con cui Nkx2-5 controlla il fenotipo epiteliale pilorico rimane irrisolto.
Un’altra molecola nota per essere importante per lo sviluppo del piloro è Barx1, menzionata sopra come proteina del dominio homeobox che viene attivata nel mesenchima sotto le lesioni positive di Sox2 nelle cellule Cdx2-null., Nel topo, Barx1 è espresso in tutto il mesenchima dello stomaco dell’embrione precoce, ma è assente dallo stomaco nel neonato e nell’adulto.26,33 Negli animali neonatali Barx1-null (che devono essere generati su uno sfondo misto per sopravvivere oltre E12), l’espressione Cdx2 viene espansa anteriormente, sebbene si osservi ancora un netto limite di espressione anteriore dell’espressione Cdx2.26Pdx1 è anche espanso, in modo tale che il suo confine anteriore confina con il forestomaco squamoso, come se il corpus fosse mancante o troncato., Lo sfintere pilorico è del tutto mancante negli animali Barx1 null, e come discusso sopra, è stato ipotizzato che ciò sia dovuto all’aumento della segnalazione Wnt nello stomaco a seguito dell’induzione degli inibitori Wnt Sfrp1 e Sfrp2.33
Barx1 è richiesto anche per la morfogenesi della milza, ma in questo caso il suo ruolo non comporta l’antagonismo della segnalazione Wnt.26 Piuttosto, la perdita di Barx1 riduce l’espressione di Wt1 nella milza., Wt1 è espresso nel mesotelio e nel mesenchima della milza e la sua perdita, come la perdita di Barx1, si traduce in una milza più piccola che non è ben separata dal pancreas. Tuttavia, a differenza della situazione nei topi Bapx1-null descritta sopra, questa continua associazione con il pancreas negli animali Barx1-null non provoca escrescenze metaplastiche nel pancreas.,26 Poiché queste lesioni metaplastiche possono essere prodotte in associazioni wild-type di milza e pancreas in vitro, sembra improbabile che si basino su alcuni aspetti unici del fenotipo Bapx1-null e più probabile che gli animali Barx1-null non abbiano determinati segnali che consentano lo sviluppo di tali strutture.
Come Barx1 e Nkx2-5, Bapx1 (Nkx2-3) è un giocatore critico nella morfogenesi splenica e pilorica., Bapx1 viene attivato leggermente più tardi di Barx1 e Nkx2-5 e nel pulcino, viene prima visto nel mesoderma laterale sinistro e successivamente nel ventriglio presuntivo dove diventa progressivamente concentrato adiacente al piloro.88 Negli embrioni di pulcino, l’espressione ectopica Bapx1 inibisce l’espressione Bmp4 e Wnt5a nel proventricolo e converte l’epitelio del proventricolo e il mesenchima in morfologia simile al ventricolo.,88 È quindi postulato che Bapx1 nel ventriglio agisce per sopprimere Bmp4 e Wnt5a in questa regione e in effetti, l’espressione di una forma di Bapx1 che è legata al repressore inciso provoca l’attivazione ectopica di Bmp4 e Wnt5a nel ventriglio. La conversione parziale di proventriculus in gizzard si vede anche quando una forma dominante-negativa di Nkx2-5 è espressa nel proventriculus, ma l’espressione Bmp4 e Wnt5a non vengono alterate in questo caso.83 Inoltre, Bapx1 ectopico non influenza l’espressione di Nkx2-5, Barx1 o Pdx1, suggerendo che non è a monte di questi fattori.,88
Nel topo, Bapx1 è espresso nell’antro a E10.5, con un bordo anteriore affilato alla giunzione tra l’antro e il corpus; più tardi, la sua espressione si espande per includere la maggior parte dello stomaco, anche se l’espressione è a un livello basso. L’interruzione mirata di Bapx1 provoca la perdita della costrizione pilorica (malformazione dello sfintere pilorico) e l’accorciamento dell’antro,27 ma non interrompe l’espressione di Nkx2-5., Verzi e colleghi hanno studiato i topi doppiamente nulli per Bapx1 e Barx1 e hanno scoperto che il fenotipo assomiglia a quello dell’animale Barx1 null; la porzione del corpo è più troncata in Barx1 null che in Bapx1 null animals. Inoltre, mentre l’espressione di Barx1 non è stata perturbata (o forse aumentata) nei topi Bapx1−/−, l’espressione di Bapx1 è stata notevolmente ridotta negli animali Barx1 null, stabilendo che Barx1 è epistatico a Bapx1 nell’antro in via di sviluppo.27
Il fattore di trascrizione homeobox Six2 è anche localizzato nello stomaco posteriore. Nel mouse, Six2 è espresso da E10.5 fino a E14.,5, quando la sua espressione è downregulated significativamente e il suo dominio di espressione è limitato ad una regione appena caudale al piloro.28Six2 è anche espresso nello stomaco posteriore di rana e pulcino, indicando che è probabile che sia un componente chiave del programma di segnalazione per questa regione.82Six2 mutanti esprimono ectopicamente Bmp4 al piloro; quindi, Six2 può essere responsabile (forse insieme a Bapx1) della downregulation di Bmp4 in questa regione., Inoltre, gli animali nulli Six2 mostrano riduzione (ma non estinzione) dell’espressione di Nkx2-5, Sox9 e Grem1, espansione del dominio Bmp4 nel mesoderma posteriore dello stomaco e perdita della costrizione pilorica.28Six2, come Nkx2-5, è uno dei primi marcatori del piloro presuntivo; come tale, può essere un importante driver della morfogenesi pilorica, ma esattamente come si collega a questo programma di sviluppo non è ancora chiaro. È curioso che nel mouse, l’assenza di Six2 consenta l’espressione ectopica di Bmp4, ma restringe il dominio di Nkx2-5 e Sox9.,28 Questo è l’opposto di ciò che si vede nel pulcino, dove ectopica Bmp4 espande il dominio di entrambi i geni. Sono necessari ulteriori studi per comprendere queste diverse risposte. La figura 5 riassume le interazioni regolatorie che caratterizzano lo sviluppo del piloro.
Fig. 5. Sintesi semplificata delle interazioni regolatorie geniche che caratterizzano lo sviluppo del mesenchima pilorico. I geni epiteliali sono rappresentati sopra la linea, mentre i geni mesenchimali sono sotto la linea., Gli asterischi indicano fattori che hanno dimostrato di essere necessari per lo sviluppo della costrizione pilorica. Vedere il testo per i dettagli.