VI Making the Pyloric Sphincter
Studies van de ontwikkeling van de pyloric sphincter hebben zich voornamelijk geconcentreerd op muriene en vogelmodellen. De maag van de muis vertoont de typische zoogdiervoorbijmorfologie waarin het pariëtale celbevattende corpus anterieur is aan een slijmafscheidend antrum. Bij het kuiken is de proventriculus echter de voorste klierstreek., Een functioneel unieke spiermaag vormt de achterste maag, maar het drukt veel van dezelfde genetische merkers uit als het zoogdierantrum.82-84 het pylorisch gebied bij het kuiken heeft een uniek epitheel, dat verschilt van dat van de omringende spiermaag of de darm. Bij de muis zijn er echter geen opvallende morfologische verschillen in het epitheel die antrum van pylorus scheiden. Ondanks deze duidelijke variaties in GI tract morfologie, lijkt het genetische netwerk van pylorus en distale maagontwikkeling goed bewaard te zijn tussen de twee soorten.,82
een van de vroegste markers van het pylorisch territorium is Nkx2-5. Expressie van dit homeobox gen wordt voor het eerst waargenomen in de bilaterale condensaties van de splanchnische mesodermale plaat bij E9.5.21 bij E10.5, nkx2-5 expressie markeert duidelijk een ring van mesoderm net distaal naar de maag, op de plaats van de toekomstige pylorus. Expressie van Nkx2 – 5 op deze kruising tussen de darm en de maag wordt gezien bij vogels, muizen, volwassen kikkers en kikkervisjes (ondanks het feit dat kikkervisjes een slecht afgebakende maag hebben en geen pylorische sluitspier).,82 hoewel het gebied van nkx2-5 kleuring iets breder is in kikkervisjes in vergelijking met volwassen kikkers (het is iets uitgebreid naar voren), het feit dat deze marker wordt uitgedrukt, zelfs in de afwezigheid van een pyloric sfincter, suggereert dat Nkx2-5 patroonrollen kan spelen onafhankelijk van zijn mogelijke rol in de ontwikkeling van de sfincter per se. Aangezien nkx2-5-null muizenembryo ‘ s zeer vroeg sterven aan hartafwijkingen,zal 85 analyse van zijn deelname aan ofwel sfincter morfogenese of patterning in het algemeen moeten worden geanalyseerd met behulp van een voorwaardelijke benadering.,
bij kuikens bevindt het nkx2-5 expressie-domein zich aan de pylorus en overlapt het met het domein voor de BMP-receptoren, Bmpr1b en Bmpr1a.83 Bmp4, een van de liganden voor deze receptoren, wordt uitgesloten van de spiermaag en de pylorus, maar wordt uitgedrukt in het aangrenzende intestinale mesoderm. Ectopische expressie van Bmp4 of zijn receptoren in de spiermaag verbreedt het domein van Nkx2-5 expression83 terwijl ectopische expressie van noggin dit vermindert.83,84 bovendien activeert overexpressie van de BMP-receptoren Nkx2-5 op een cel autonome manier., Ectopische bmp4 expressie verandert ook het karakter van de spiermaag epitheel om te lijken op die van de pylorus regio.Interessant is dat dit gebeurt zonder veranderingen in de expressie van maagmarkers (Sox2 en Barx1), intestinale markers (CdxA en Nkx2.3), of markers van het hele gebied (Pdx1). Deze vroege studies suggereerden dus dat Bmp4 (dat stroomafwaarts van Shh-signalen van het endoderm ligt) direct verantwoordelijk is voor het patroon van nkx2-5-expressie aan de pylorus en dat Nkx2-5 op zijn beurt signalen kan activeren die terug praten naar het epitheel om het karakter ervan te bepalen.,
naast de activering van Nkx2-5 activeert BMP-pathway-activiteit ook Sox9-expressie in het pylorisch mesenchyme op een cel-autonome manier.Interessant is dat een misexpressie van Nkx2-5 geen invloed heeft op de sox9-expressie (en vice versa), wat wijst op onafhankelijke routes voor activering van elk van deze factoren door BMP.,86,87 kippenmaag endoderm kan worden omgezet in pylorisch-type epitheel door misexpressie van dominant-negatieve vormen van Nkx2 – 5 (Enrepnkx2-5) of Sox9 (Sox9DCter), hoewel epitheliale conversie door Enrepnkx2-5 op deze manier onvolledig is,83,87 suggereert dat Nkx2-5 niet voldoende is om het pylorisch gebied te specificeren. Interessant is dat misexpressie van Gremlin in het spiermaagmesoderm een soortgelijk epitheliaal fenotype oplevert als bmp4, Bmpr1b, Nkx2-5, of Sox9 misexpressie, wat suggereert dat nkx2-5 en/of Sox9 indirect pylorisch epitheel kunnen specificeren door regulatie van Gremlin expressie.,87 ter ondersteuning van deze hypothese, breidt de misexpressie van Sox9 of Sox9DCter in maagmesoderm uit of vermindert Gremlin uitdrukking, respectievelijk. Aangezien Nkx2-5 Sox9 niet reguleert en de regulerende relatie tussen Nkx2-5 en Gremlin onduidelijk is, blijft het mechanisme waarmee Nkx2-5 het pylorisch epitheliaal fenotype controleert onopgelost.
een ander molecuul waarvan bekend is dat het belangrijk is voor de ontwikkeling van de pylorus is Barx1, hierboven vermeld als een homeobox domeineiwit dat wordt geactiveerd in het mesenchym onder Sox2 positieve laesies in Cdx2-null-cellen., In de muis, Barx1 wordt uitgedrukt in de hele maag mesenchym van het vroege embryo, maar is afwezig in de maag bij de pasgeborene en volwassen.26,33 in Barx1-null neonatale dieren (die moeten worden gegenereerd op een gemengde achtergrond om te overleven voorbij E12), Cdx2 expressie wordt uitgebreid anteriorly, hoewel een scherpe anterior expressie grens van Cdx2 expressie wordt nog steeds waargenomen.26Pdx1 is ook uitgebreid, zodat de voorste grens grenst aan de plaveiselvoormaag, alsof het corpus ontbreekt of afgekapt is., De pylore sluitspier ontbreekt volledig bij Barx1 nul dieren, en zoals hierboven besproken, is de hypothese dat dit te wijten is aan een verhoogde WNT signalering in de maag na inductie van de WNT remmers Sfrp1 en Sfrp2.33
Barx1 is ook nodig voor de morfogenese van de milt, maar in dit geval is de rol ervan niet het antagonisme van Wnt signalering.26 in plaats daarvan vermindert het verlies van Barx1 de expressie van Wt1 in de milt., Wt1 wordt uitgedrukt in de mesothelium en milt mesenchyme en het verlies, net als het verlies van Barx1, resulteert in een kleinere milt die niet goed gescheiden van de alvleesklier. In tegenstelling tot de hierboven beschreven situatie bij Bapx1-null muizen, resulteert deze voortdurende associatie met de alvleesklier bij Barx1-null dieren echter niet in metaplastische gezwellen in de alvleesklier.,26 aangezien deze metaplastische laesies kunnen worden geproduceerd in wild-type associaties van milt en pancreas in vitro, lijkt het onwaarschijnlijk dat ze vertrouwen op een uniek aspect van het bapx1-null fenotype en meer waarschijnlijk dat de barx1-null dieren missen bepaalde signalen die de ontwikkeling van dergelijke structuren mogelijk te maken.net als Barx1 en Nkx2-5 is Bapx1 (Nkx2-3) een kritische speler in zowel milt als pylorische morfogenese., Bapx1 wordt iets later geactiveerd dan Barx1 en Nkx2-5 en bij het kuiken wordt het eerst gezien in het linker laterale mesoderm en later in de vermoedelijke spiermaag waar het geleidelijk geconcentreerd wordt naast de pylorus.88 bij kippenembryo ‘ s remt de ectopische bapx1-expressie de bmp4-en Wnt5a-expressie in de proventriculus en zet het proventriculus-epitheel en mesenchyme om in spiermaagachtige morfologie.,88 daarom wordt gesteld dat Bapx1 in de spiermaag werkt om Bmp4 en Wnt5a in dit gebied te onderdrukken en inderdaad, expressie van een vorm van Bapx1 die gekoppeld is aan de gegraveerde onderdrukker resulteert in ectopische activering van Bmp4 en Wnt5a in de spiermaag. Gedeeltelijke conversie van proventriculus naar spiermaag wordt ook gezien wanneer een dominant-negatieve vorm van Nkx2-5 wordt uitgedrukt in de proventriculus, maar bmp4 en Wnt5a expressie worden in dit geval niet veranderd.83 bovendien heeft ectopische Bapx1 geen invloed op de expressie van Nkx2-5, Barx1 of Pdx1, wat suggereert dat het niet stroomopwaarts van deze factoren is.,88
bij de muis wordt Bapx1 uitgedrukt in het antrum bij E10.5, met een scherpe rand aan de voorkant op de kruising tussen het antrum en het corpus; later breidt de expressie zich uit tot het grootste deel van de maag, hoewel de expressie op een laag niveau is. Gerichte verstoring van Bapx1 leidt tot verlies van de pylore vernauwing (misvorming van de pylore sluitspier) en verkorting van het antrum,27 maar verstoort de nkx2-5 expressie niet., Verzi en collega ‘ s onderzochten muizen dubbel nul voor Bapx1 en Barx1 en vonden dat het fenotype lijkt op dat van het barx1 nuldier; het corpusgedeelte is meer afgekapt bij Barx1 nul dan bij bapx1 nuldieren. Hoewel de barx1-expressie bij Bapx1−/− muizen niet verstoord (of mogelijk verhoogd) was, werd de bapx1-expressie bij barx1-nuldieren sterk verminderd, wat aantoonde dat Barx1 epistatisch is voor Bapx1 in het zich ontwikkelende antrum.27
De homeobox transcriptiefactor Six2 is ook gelokaliseerd in de achterste maag. In de muis wordt Six2 uitgedrukt van E10. 5 tot E14.,5, wanneer de uitdrukking aanzienlijk is neerreguleerd en zijn domein van uitdrukking beperkt is tot een gebied net caudaal aan de pylorus.28Six2 wordt ook uitgedrukt in de achterste maag van kikker en kuiken, wat erop wijst dat het waarschijnlijk een belangrijk onderdeel van het signaleringsprogramma voor dit gebied is.82Six2 mutanten ectopisch uiten Bmp4 aan de pylorus; Six2 kan dus verantwoordelijk zijn (misschien samen met Bapx1) voor de downregulatie van Bmp4 in deze regio., Bovendien vertonen de six2 null-dieren een vermindering (maar niet uitsterven) van de expressie van Nkx2-5, Sox9 en Grem1, uitbreiding van het bmp4-domein naar het posterieure maagmesoderm en een verlies van de pylorische vernauwing.28Six2 is, net als Nkx2-5, een van de vroegste markers van de veronderstelde pylorus; als zodanig kan het een belangrijke aanjager zijn van de pylorische morfogenese, maar hoe het precies in dit ontwikkelingsprogramma past is nog niet duidelijk. Het is merkwaardig dat bij de muis de afwezigheid van Six2 ectopische expressie van Bmp4 toelaat, maar het domein van Nkx2-5 en Sox9 verkleint.,28 Dit is het tegenovergestelde van wat wordt gezien bij het kuiken, waar ectopische Bmp4 het domein van beide genen uitbreidt. Aanvullende studies zijn nodig om deze verschillende reacties te begrijpen. Figuur 5 geeft een overzicht van de regulerende interacties die de ontwikkeling van de pylorus karakteriseren.
Fig. 5. Vereenvoudigde samenvatting van Gen regelgevende interactie die de ontwikkeling van pyloric mesenchyme karakteriseren. Epitheliale genen zijn vertegenwoordigd boven de lijn, terwijl mesenchymale genen zijn onder de lijn., Sterretjes geven factoren aan die noodzakelijk zijn gebleken voor de ontwikkeling van de pylorische vernauwing. Zie tekst voor details.