VI Tworzenie zwieracza odźwiernika
badania rozwoju zwieracza odźwiernika skupiły się głównie na modelach mysich i ptasich. Żołądek myszy wykazuje typową morfologię przedplecza ssaków, w której ciało zawierające komórki ciemieniowe jest przednią częścią przednią wydzielającego śluz. U piskląt natomiast „proventriculus” jest przednim regionem gruczołowym., Funkcjonalnie unikalny muskularny żołądek tworzy tylny żołądek, ale wyraża wiele tych samych markerów genetycznych, co przednia część ssaków.82-84 region odźwiernikowy u piskląt ma unikalny nabłonek, który różni się od otaczającego jelito lub żołądek. Jednak u myszy nie ma znaczących różnic morfologicznych w nabłonku, które oddzielają antrum od odźwiernika. Pomimo tych oczywistych różnic w morfologii przewodu pokarmowego, sieć genetyczna odźwiernika i dystalnego rozwoju żołądka wydaje się być dobrze zachowana między tymi dwoma gatunkami.,82
Ekspresja tego genu homeobox jest po raz pierwszy obserwowana w dwustronnych kondensacjach mezodermy splanchnic w E9. 5. 21 przez E10.5, ekspresja Nkx2-5 wyraźnie wyznacza pierścień mezodermy dystalnej do żołądka, w miejscu przyszłego odźwiernika. Ekspresja Nkx2-5 na tym skrzyżowaniu między jelitem a żołądkiem jest widoczna u ptaków, myszy, dorosłych żab i kijanek (pomimo faktu, że kijanki mają słabo odgraniczony żołądek i nie mają zwieracza odźwiernika).,82 chociaż domena zabarwienia Nkx2-5 jest nieco szersza u kijanek w porównaniu z dorosłymi żabami (jest nieco Rozszerzona przednio), fakt, że ten marker jest wyrażony, nawet przy braku zwieracza odźwiernika, sugeruje, że Nkx2 – 5 może odgrywać rolę wzorcową niezależnie od jego możliwej roli w rozwoju zwieracza per se. Ponieważ zarodki myszy nkx2-5-null umierają bardzo wcześnie z powodu wad serca, 85 analiza jego udziału w morfogenezie zwieracza lub wzorzec w ogóle będzie musiała być przeanalizowana przy użyciu podejścia warunkowego.,
u piskląt domena ekspresji Nkx2-5 znajduje się w odźwierniku i pokrywa się z domeną dla receptorów Bmp, Bmpr1b i Bmpr1a.83 Bmp4, jeden z ligandów tych receptorów, jest wyłączony z odźwiernika i odźwiernika, ale wyrażony w sąsiedniej mezodermie jelitowej. Ekspresja ektopowa Bmp4 lub jej receptorów w żołądku rozszerza domenę ekspresji nkx2-583, podczas gdy ekspresja ektopowa noggin zmniejsza ją.83,84 ponadto nadmierna ekspresja receptorów Bmp aktywuje nkx2-5 w sposób autonomiczny komórkowy., Ektopowa ekspresja Bmp4 zmienia również charakter nabłonka gizzard, aby przypominał ten z regionu odźwiernika.Co ciekawe, występuje to bez zmian w ekspresji markerów żołądkowych (Sox2 i Barx1), markerów jelitowych (CdxA i Nkx2. 3) lub markerów całego regionu (Pdx1). Tak więc, te wczesne badania sugerowały, że Bmp4 (który jest poniżej sygnałów Shh z endodermy) jest bezpośrednio odpowiedzialny za wzór ekspresji nkx2-5 w odźwierniku i że Nkx2 – 5 może z kolei aktywować sygnały, które mówią z powrotem do nabłonka, aby określić jego charakter.,
oprócz aktywacji nkx2-5, aktywność szlaku BMP aktywuje również ekspresję Sox9 w mezenchymie pylorycznej w sposób autonomiczny komórkowo.83,86 co ciekawe, błędna ekspresja Nkx2 – 5 nie wpływa na ekspresję Sox9 (i odwrotnie), sugerując niezależne ścieżki aktywacji każdego z tych czynników przez BMP.,86,87 endoderma piskląt może być przekształcona w nabłonek typu pylorycznego przez błędną ekspresję dominująco-ujemnych form Nkx2-5 (enrepNkx2-5) lub Sox9 (Sox9DCter), chociaż konwersja nabłonka przez enrepNkx2-5 w ten sposób jest niekompletna,83,87 sugeruje, że Nkx2-5 nie jest wystarczająca do określenia regionu pylorycznego. Co ciekawe, misexpression Gremlin w gizzard mesoderm daje podobny nabłonek fenotyp jak Bmp4, Bmpr1b, nkx2-5, lub sox9 misexpression, sugerując, że Nkx2 – 5 i / lub Sox9 może określić nabłonek odźwiernikowy pośrednio poprzez regulację Gremlin wyrażenie.,87 na poparcie tej hipotezy, błędna ekspresja Sox9 lub Sox9DCter w mezodermie żołądka rozszerza lub zmniejsza ekspresję gremlina, odpowiednio. Ponieważ Nkx2-5 nie reguluje Sox9, a Związek regulacyjny między Nkx2-5 A Gremlinem jest niejasny, mechanizm, za pomocą którego nkx2-5 kontroluje fenotyp nabłonka odźwiernikowego, pozostaje nierozwiązany.
inną cząsteczką, o której wiadomo, że jest ważna dla rozwoju odźwiernika, jest Barx1, wspomniana powyżej jako białko domeny homeobox, które aktywuje się w mezenchymie pod dodatnimi zmianami Sox2 w komórkach Cdx2-null., U myszy Barx1 jest wyrażany w mezenchymie żołądka wczesnego zarodka, ale nie występuje w żołądku u noworodka i osoby dorosłej.26,33 u noworodków o Barx1-null (które muszą być generowane na mieszanym tle, aby przetrwać po E12), ekspresja Cdx2 jest rozszerzona przednio, chociaż nadal obserwuje się ostrą przednią granicę ekspresji Cdx2.26Pdx1 jest również rozszerzony, tak że jego przednia granica otacza płaskonabłonkowy forestomach, jakby brakowało lub obcięto korpus., Zwieracz odźwiernikowy jest całkowicie brak w barx1 null zwierząt, i jak omówiono powyżej, postawiono hipotezę, że jest to spowodowane zwiększoną sygnalizację Wnt w żołądku po indukcji Wnt inhibitory Sfrp1 i Sfrp2.33
Barx1 jest również wymagane dla morfogenezy śledziony, ale w tym przypadku, jego rola nie obejmuje antagonizmu sygnalizacji Wnt.Utrata Barx1 zmniejsza ekspresję Wt1 w śledzionie., Wt1 wyraża się w mesothelium i mesenchymie śledziony, a jego utrata, podobnie jak utrata Barx1, powoduje mniejszą śledzionę, która nie jest dobrze oddzielona od trzustki. Jednakże, w przeciwieństwie do opisanej powyżej sytuacji u myszy Bapx1-null, ten dalszy związek z trzustką u zwierząt Barx1-null nie powoduje przyrostów metaplastycznych w trzustce.,Ponieważ te zmiany metaplastyczne mogą być wytwarzane in vitro w skojarzeniach dzikiej śledziony i trzustki, wydaje się mało prawdopodobne, aby opierały się one na jakimś unikalnym aspekcie fenotypu Bapx1-null i bardziej prawdopodobne, że u zwierząt Barx1-null brakuje pewnych sygnałów, które pozwalają na rozwój takich struktur.
podobnie jak Barx1 i Nkx2-5, Bapx1 (Nkx2-3) jest krytycznym graczem zarówno w morfogenezie śledziony, jak i pylorycznej., Bapx1 aktywuje się nieco później niż Barx1 i Nkx2-5, a u piskląt najpierw widzi się go w lewej mezodermie bocznej, a później w przedpleczu, gdzie stopniowo koncentruje się w pobliżu odźwiernika.U zarodków piskląt ekspresja ektopowa Bapx1 hamuje ekspresję Bmp4 i Wnt5a w przewodzie pokarmowym i przekształca nabłonek przewodzie pokarmowym i mezenchymę w morfologię przypominającą żołądek.,Postuluje się zatem, że Bapx1 w żołądku działa w celu stłumienia Bmp4 i Wnt5a w tym regionie i rzeczywiście, wyrażenie formy Bapx1, która jest powiązana z grawerowanym tłumikiem, powoduje ektopową aktywację Bmp4 i Wnt5a w żołądku. Częściowa konwersja proventriculus do gizzard jest również postrzegana, gdy dominująco-negatywna forma Nkx2-5 jest wyrażona w proventriculus, ale ekspresja Bmp4 i Wnt5a nie są zmienione w tym przypadku.Ponadto pozamaciczny Bapx1 nie wpływa na ekspresję Nkx2-5, Barx1 lub Pdx1, co sugeruje, że nie jest on poprzedzony tymi czynnikami.,88
u myszy, Bapx1 wyraża się w przedsionku E10.5, z ostrą przednią granicą na skrzyżowaniu między przedsionkiem a korpusem; później jego ekspresja rozszerza się, obejmując większość żołądka, choć ekspresja jest na niskim poziomie. Celowe zakłócenie Bapx1 powoduje utratę zwężenia odźwiernika (zniekształcenie zwieracza odźwiernika) i skrócenie przedsionka,27, ale nie zakłóca ekspresji Nkx2-5., Verzi i współpracownicy zbadali myszy podwójnie null Dla Bapx1 i Barx1 i odkryli, że fenotyp przypomina zwierzę z barx1 null; część korpusu jest bardziej obcięta w barx1 null niż w Bapx1 null zwierząt. Dodatkowo, podczas gdy ekspresja Barx1 nie była zaburzona (lub prawdopodobnie zwiększona) u myszy Bapx1−/−, ekspresja Bapx1 była znacznie zmniejszona u zwierząt z Barx1 null, ustalając, że Barx1 jest epistatyczny do Bapx1 w rozwijającym się przednio-brzusznym.27
czynnik transkrypcyjny homeobox 62 jest również zlokalizowany w tylnym żołądku. W mysi 62 wyraża się od E10.5 do E14.,5, gdy jego ekspresja jest znacznie obniżona, a jego dziedzina ekspresji ogranicza się do regionu tylko ogonowego do odźwiernika.28Six2 jest również wyrażony w tylnym żołądku żaby i pisklęcia, co wskazuje, że prawdopodobnie będzie kluczowym elementem programu sygnalizacji dla tego regionu.Mutanty 82six2 ektopowo wyrażają Bmp4 w odźwierniku; w ten sposób Six2 może być odpowiedzialny (być może wraz z Bapx1) za redukcję Bmp4 w tym regionie., Dodatkowo, 62 null zwierzęta wykazują redukcję (ale nie wyginięcie) ekspresji nkx2-5, Sox9 i Grem1, ekspansję domeny Bmp4 do tylnej mezodermy żołądka i utratę zwężenia odźwiernika.28Six2, podobnie jak Nkx2-5, jest jednym z najwcześniejszych markerów domniemanego odźwiernika; jako taki może być ważnym czynnikiem morfogenezy odźwiernika, ale dokładny sposób jego powiązania z tym programem rozwojowym nie jest jeszcze jasny. Ciekawe, że u myszy brak Six2 pozwala na ektopową ekspresję Bmp4, ale kurczy domenę Nkx2 – 5 i Sox9.,28 jest to przeciwieństwo tego, co widać u piskląt, gdzie ektopowe Bmp4 rozszerza domenę obu genów. Konieczne są dodatkowe badania, aby zrozumieć te różne odpowiedzi. Rysunek 5 podsumowuje interakcje regulacyjne, które charakteryzują rozwój odźwiernika.
rys. 5. Uproszczone podsumowanie interakcji regulacyjnych genów, które charakteryzują rozwój mezenchymy odźwiernikowej. Geny nabłonkowe są reprezentowane powyżej linii, podczas gdy geny mezenchymalne są poniżej linii., Gwiazdki wskazują czynniki, które okazały się niezbędne do rozwoju zwężenia odźwiernika. Szczegóły w tekście.