VI Herstellung des Pylorus-Schließmuskels
Studien zur Entwicklung des Pylorus-Schließmuskels haben sich weitgehend auf murine und aviäre Modelle konzentriert. Der Magen der Maus zeigt die typische Säugetier-Foregut-Morphologie, bei der das parietalzellhaltige Korpus vor einem schleimsekretierenden Antrum liegt. Im Küken ist der Proventriculus jedoch die vordere Drüsenregion., Ein funktionell einzigartiger muskulöser Schneesturm bildet den hinteren Magen, aber er drückt viele der gleichen genetischen Marker wie das Säugetier-Antrum aus.82-84 Die Pylorusregion im Küken hat ein einzigartiges Epithel, das sich von dem des umgebenden Schneesturms oder des Darms unterscheidet. Bei der Maus gibt es jedoch keine bemerkenswerten morphologischen Unterschiede im Epithel, die Antrum von Pylorus trennen. Trotz dieser offensichtlichen Variationen in der GI-Traktmorphologie scheint das genetische Netzwerk der Pylorus-und distalen Magenentwicklung zwischen den beiden Arten gut erhalten zu sein.,82
Einer der frühesten Marker des Pylorusgebiets ist Nkx2-5. Die Expression dieses Homöobox-Gens wird zuerst in den bilateralen Kondensationen der splanchnischen mesodermalen Platte bei E9.5.21 Durch E10.5 beobachtet, wobei die Nkx2-5-Expression einen Ring von Mesoderm, der distal zum Magen ist, an der Stelle des zukünftigen Pylorus deutlich abgrenzt. Die Expression von Nkx2-5 an dieser Verbindung zwischen Darm und Magen wird bei Vögeln, Mäusen, erwachsenen Fröschen und Kaulquappen beobachtet (obwohl Kaulquappen einen schlecht abgegrenzten Magen und keinen Pylorussphinkter haben).,82 Obwohl die Domäne der Nkx2-5-Färbung in Kaulquappen im Vergleich zu erwachsenen Fröschen etwas breiter ist (sie ist etwas nach vorne erweitert), deutet die Tatsache, dass dieser Marker auch in Abwesenheit eines Pylorusschließmuskels exprimiert wird, darauf hin, dass Nkx2-5 unabhängig von seiner möglichen Rolle bei der Entwicklung des Schließmuskels an sich Musterrollen spielen kann. Da Nkx2-5-Null-Mausembryonen sehr früh an Herzfehlern sterben, muss die Analyse ihrer Beteiligung an der Schließmuskelmorphogenese oder der Musterbildung im Allgemeinen mit einem bedingten Ansatz analysiert werden.,
Im Küken befindet sich die Nkx2-5-Expressionsdomäne am Pylorus und überlappt sich mit der Domäne für die Bmp-Rezeptoren Bmpr1b und Bmpr1a.83 Bmp4, einer der Liganden für diese Rezeptoren, ist vom Schneesturm und Pylorus ausgeschlossen, wird aber im angrenzenden intestinalen Mesoderm exprimiert. Die ektopische Expression von Bmp4 oder seinen Rezeptoren im Gizzard erweitert die Domäne der Nkx2-5-Expression83, während die ektopische Expression von Noggin diese reduziert.83,84 Darüber hinaus aktiviert die Überexpression der Bmp-Rezeptoren Nkx2-5 zellautonom., Die ektopische Bmp4-Expression verändert auch den Charakter des Gizzard-Epithels, der dem der Pylorusregion ähnelt.Interessanterweise geschieht dies ohne Veränderungen der Expression von Magenmarkern (Sox2 und Barx1), Darmmarkern (CdxA und Nkx2.3) oder Markern der gesamten Region (Pdx1). Daher schlugen diese frühen Studien vor, dass Bmp4 (das stromabwärts von Shh-Signalen aus dem Endoderm liegt) direkt für das Muster der Nkx2-5-Expression am Pylorus verantwortlich ist und dass Nkx2-5 wiederum Signale aktivieren kann, die zurück zum Epithel sprechen, um seinen Charakter zu bestimmen.,
Neben der Aktivierung von Nkx2-5 aktiviert die BMP-Wegaktivität auch die Sox9-Expression im Pylorus-Mesenchym zellautonom.83,86 Interessanterweise beeinflusst die falsche Expression von Nkx2-5 die Sox9-Expression nicht (und umgekehrt), was auf unabhängige Wege zur Aktivierung jedes dieser Faktoren durch BMP hindeutet.,86,87 Chick Gizzard Endoderm kann durch falsche Expression dominant-negativer Formen von Nkx2-5 (enrepNkx2-5) oder Sox9 (Sox9DCter) in epitheliales Epithel umgewandelt werden epitheliale Umwandlung durch enrepNkx2-5 Auf diese Weise ist unvollständig, 83,87 was darauf hindeutet,dass Nkx2-5 nicht ausreicht, um die Pylorusregion zu spezifizieren. Interessanterweise ergibt die Misexpression von Gremlin in Gizzard Mesoderm einen ähnlichen epithelialen Phänotyp wie die Bmp4 -, Bmpr1b -, Nkx2-5-oder Sox9-Misexpression, was darauf hindeutet, dass Nkx2-5 und/oder Sox9 Pylorusepithel indirekt durch Regulation der Gremlin-Expression spezifizieren können.,87 Zur Unterstützung dieser Hypothese dehnt bzw. reduziert die Misexpression von Sox9 oder SOX9DERM im Magenmesoderm die Gremlin-Expression. Da Nkx2-5 Sox9 nicht reguliert und die regulatorische Beziehung zwischen Nkx2-5 und Gremlin unklar ist, bleibt der Mechanismus, durch den Nkx2-5 den pylorusepithelialen Phänotyp kontrolliert, ungelöst.
Ein weiteres Molekül, von dem bekannt ist, dass es für die Entwicklung des Pylorus wichtig ist, ist Barx1, das oben als Homöobox-Domänenprotein erwähnt wurde und im Mesenchym unter Cdx2-positiven Läsionen in Cdx2-Null-Zellen aktiviert wird., Bei der Maus wird Barx1 im gesamten Magenmesenchym des frühen Embryos exprimiert, fehlt aber im Neugeborenen und Erwachsenen im Magen.26,33 Bei Barx1-Null – Neugeborenen (die auf einem gemischten Hintergrund erzeugt werden müssen, um über E12 hinaus zu überleben) wird die Cdx2-Expression nach vorne erweitert, obwohl eine scharfe vordere Expressionsgrenze der Cdx2-Expression immer noch beobachtet wird.26Pdx1 wird ebenfalls erweitert, so dass seine vordere Grenze an der Plattenepithelkarzinomach anliegt, als ob der Korpus fehlt oder abgeschnitten wäre., Der Pylorussphinkter fehlt bei Barx1-Nulltieren vollständig, und wie oben diskutiert, wurde angenommen, dass dies auf eine erhöhte Wnt-Signalübertragung im Magen nach Induktion der Wnt-Inhibitoren Sfrp1 und Sfrp2.33
zurückzuführen ist Barx1 ist auch für die Morphogenese der Milz erforderlich, aber in diesem Fall beinhaltet seine Rolle nicht den Antagonismus der Wnt-Signalgebung.26 Vielmehr reduziert der Verlust von Barx1 die Wt1-Expression in der Milz., Wt1 wird im Mesothel und Milz-Mesenchym exprimiert und sein Verlust, wie der Verlust von Barx1, führt zu einer kleineren Milz, die nicht gut von der Bauchspeicheldrüse getrennt ist. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Situation bei Bapx1-Null-Mäusen führt diese fortgesetzte Assoziation mit der Bauchspeicheldrüse bei Barx1-Null-Tieren jedoch nicht zu metaplastischen Wucherungen in der Bauchspeicheldrüse.,26 Da diese metaplastischen Läsionen in vitro in Wildtypassoziationen von Milz und Bauchspeicheldrüse erzeugt werden können, scheint es unwahrscheinlich, dass sie sich auf einen einzigartigen Aspekt des Bapx1-Null-Phänotyps stützen und wahrscheinlicher, dass den Barx1-Null-Tieren bestimmte Signale fehlen, die die Entwicklung solcher Strukturen ermöglichen.
Wie Barx1 und Nkx2-5 ist Bapx1 (Nkx2-3) ein kritischer Akteur in der Milz-und Pylorusmorphogenese., Bapx1 wird etwas später als Barx1 und Nkx2-5 aktiviert und im Küken zuerst im linken lateralen Mesoderm und später im vermutlichen Schneesturm gesehen, wo es sich progressiv neben dem Pylorus konzentriert.88 In Hühnerembryonen hemmt die ektopische Bapx1-Expression die Bmp4-und Wnt5a-Expression im Proventriculus und wandelt das Proventriculus-Epithel und Mesenchym in eine Gizzard-ähnliche Morphologie um.,88 Es wird daher postuliert, dass Bapx1 im Gizzard Bmp4 und Wnt5a in dieser Region unterdrückt, und tatsächlich führt die Expression einer Form von Bapx1, die mit dem profilierten Repressor verbunden ist, zu einer ektopischen Aktivierung von Bmp4 und Wnt5a im Gizzard. Eine teilweise Umwandlung von Proventriculus in Gizzard wird auch beobachtet, wenn eine dominant-negative Form von Nkx2-5 im Proventriculus ausgedrückt wird, aber die Bmp4-und Wnt5a-Expression werden in diesem Fall nicht verändert.83 Darüber hinaus beeinflusst ektopisches Bapx1 die Expression von Nkx2-5, Barx1 oder Pdx1 nicht, was darauf hindeutet, dass es diesen Faktoren nicht vorgelagert ist.,88
In der Maus wird Bapx1 im Antrum bei E10.5 ausgedrückt, mit einem scharfen vorderen Rand an der Verbindung zwischen Antrum und Korpus; später dehnt sich sein Ausdruck auf den größten Teil des Magens aus, obwohl der Ausdruck auf einem niedrigen Niveau ist. Eine gezielte Störung von Bapx1 führt zum Verlust der Pylorusverengung (Fehlbildung des Pylorusschließmuskels) und zur Verkürzung des Antrums,27 stört jedoch nicht die Nkx2-5-Expression., Verzi und Kollegen untersuchten Mäuse doppelt null für Bapx1 und Barx1 und fanden heraus, dass der Phänotyp dem des Barx1 null Tieres ähnelt; Der Korpusanteil ist in Barx1 null abgeschnittener als in Bapx1 null Tieren. Während die Barx1− Expression bei Bapx1−/ – Mäusen nicht gestört (oder möglicherweise erhöht) war, war die Bapx1-Expression bei Barx1-Nulltieren stark reduziert, was darauf hindeutet, dass Barx1 im sich entwickelnden Antrum gegenüber Bapx1 epistatisch ist.27
Der Homöobox-Transkriptionsfaktor Six2 ist ebenfalls im hinteren Magen lokalisiert. In der Maus wird Six2 von E10.5 bis E14 ausgedrückt.,5, wenn seine Expression signifikant herunterreguliert ist und seine Expressionsdomäne auf eine Region beschränkt ist, die nur dem Pylorus kaudal ist.28Six2 wird auch im hinteren Magen von Frosch und Küken ausgedrückt, was darauf hinweist, dass es wahrscheinlich eine Schlüsselkomponente des Signalprogramms für diese Region ist.82Six2-Mutanten exprimieren ektopisch Bmp4 am Pylorus; Somit kann Six2 (vielleicht zusammen mit Bapx1) für die Downregulation von Bmp4 in dieser Region verantwortlich sein., Zusätzlich zeigen die Six2 null Tiere Reduktion (aber nicht Aussterben) der Expression von Nkx2-5, Sox9 und Grem1, Expansion der Bmp4 Domäne in posterioren Magen Mesoderm und einen Verlust der Pylorus Verengung.28Six2 ist wie Nkx2-5 einer der frühesten Marker des mutmaßlichen Pylorus; Als solcher kann es ein wichtiger Treiber der Pylorusmorphogenese sein, aber genau, wie es in dieses Entwicklungsprogramm eingebunden ist, ist noch nicht klar. Es ist merkwürdig, dass in der Maus das Fehlen von Six2 eine ektopische Expression von Bmp4 ermöglicht, aber die Domäne von Nkx2-5 und Sox9 verkleinert.,28 Dies ist das Gegenteil von dem, was im Küken zu sehen ist, wo ektopisches Bmp4 die Domäne beider Gene erweitert. Zusätzliche Studien sind erforderlich, um diese unterschiedlichen Reaktionen zu verstehen. Abbildung 5 fasst die regulatorischen Wechselwirkungen zusammen, die die Entwicklung des Pylorus charakterisieren.
Abb. 5. Vereinfachte Zusammenfassung der genregulatorischen Wechselwirkungen, die die Entwicklung des Pylorus-Mesenchyms charakterisieren. Epithelgene werden oberhalb der Linie dargestellt, während Mesenchymgene unterhalb der Linie liegen., Sternchen weisen auf Faktoren hin, die nachweislich für die Entwicklung der Pylorusverengung notwendig sind. Siehe text für details.