Végtagok fejlődése Nemeskéri Ágnes 2014 Semmelweis Egyetem Budapest Humánmorfológiai és Fejlődésbiológiai Intézet Klinikai Anatómiai Kutatólaboratórium nemeskeri.agnes@med.semmelweis-univ.hu

A 24. postovulációs nap 13 somita MÉG NEM látható a végtagfejlődés megindulása https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/images/thumb/7/79/Stage11_sem8a.jpg/400px-Stage11_sem8a.jpg

A felső végtagbimbó megjelenése – 26. nap - 27 somita - prosencephalon - lencse placod - otic placod - stomodeum - 1., 2., 3. kopoltyúív - szív prominencia Felső, korai végtagbimbó megjelenése https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/images/thumb/e/e0/Stage12_sem1.jpg/250px-Stage12_sem1.jpg

A felső végtagbimbó – 32. nap

Felső és alsó végtagbimbó Stage13 - 28. nap Stage14 – 32. nap

A felső és alsó végtagmező végtag fejlődés az embryo végtag-mezőnek nevezett részén kezdődik végtag mező specifikus morfogenetikus mező–specifikus génexpresszió homeobox gének (HOX9-13) határozzák meg a mező helyét - laterális mezoderma mesenchymális sejtjei proliferálnak - kiboltosítják a felettük lévő ectodermát végtagbimbó Developmental Biology. 6th edition. Gilbert SF .Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000.

HoxD és HoxA gének expressziója a végtagbimbókban

Végtagmezők kialakulása FGF10 (fibroblast növekedési faktor) - expresszálódik a lateralis mesodermában - pontosan abban a lokalizációban ahol végtagok normálisan fejlődnek - hatására FGF8 expresszálódik a felette lévő ectodermában

Végtagmezők differenciálódása http://www.cell.com/cms/attachment/536876/3722489/gr2.jpg

Indukciók a végtagmezőkben FGF indukciót követően Tbx5 transcripciós faktort kódoló gén a felső végtagmezőben expresszálódik FGF indukciót követően Tbx4 transcripciós faktort kódoló gén az alsó végtagmezőben expresszálódik felső végtagbimbó - a legelülső Hoxc-6 expresszáló régióban - az 1. thoracális vertebra szintjében Alsó végtagbimbó - az L2 – S2 törzs szegment régió

A végtagfejlődés tengelyei Végtagok fejlődése három tengely mentén zajlik: minden tengelye mentén aszimmetrikus 1. Proximo-disztális tengely: vállöv--ujjhegy 2. Dorso-ventralis tengely: kézhát--tenyér 3. Anterior-posterior tengely: hüvelykujj-kisujj

A végtag bimbó geometriája és fejlődési mintázata sárga - ectoderma kék - dorsal zöld - ventralis mesenchyma Piros vonal - dorsoventralis határ (vonal - posterior, pontozott - anterior). Vastag zöld vonal - növekvő szegély, Keresztmetszet a posterior és dorsalis nézet között   AER - apicalis ectoderma redő expresszál FGF-et kódoló géneket (Fgf8, Fgf4, Fgf9, Fgf17) ZPA - polarizáló aktivitási zóna Sonic Hedgehog (Shh) expressziós zóna Bone morphogenetic protein (BMP4) expresszálódik egy széles zónában majd folyamatosan visszahúzódik Gremlin1 - BMP antagonista Wnt5a expresszálódik proximo-distalis grádiens szerint legmagasabb szint: a végtag bimbó csúcsán BMP, Gremlin, Shh, és FGF feedback szignalizációs hurkokkal kapcsoltak az expressziós domainek és aktivitások változnak AER BMP https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/images/thumb/c/c9/ Limb_bud_geometry_and_patterning.jpg/457px-Limb_bud_geometry_and_patterning.jpg

HoxD és HoxA gének expressziója a végtagbimbókban

Apical Ectodermal Ridge (AER) Laterális mesoderma sejtek FGF7-et és FGF10-et szekretálnak  - ez indukálja a felszíni ektodermában organizáló struktura képződését  Apicalis Ectodermalis Redő (AER)  AER szekretál FGF8-at és FGF4-et Ez fenntartja FGF10 jelet és a mesoderma proliferációját indukálja

A végtagbimbó belső differenciálódása ZPA ZPA – polarizáló aktivitás zónája - mintázat organizáló aktivitás Sonic hedgehog (Shh) morphogen grádiens - az anterior/posterior mintázat létrehozása az alsó végtag telepben - Shh expresszálódik posterior, a Hoxd gének korai expressziója nyomán - Hoxb8 és dHAND expresszió https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/ images/thumb/0/0d/Limb_patterning_factors_03.jpg/604px-Limb_patterning_factors_03.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/07/Limb_bud_early_signals.png

Shh (sonic hedgehog növekedési faktor) expressziós A/P TENGELY meghatározás Shh (sonic hedgehog növekedési faktor) expressziós mintázata a korai embryo végtagbimbójában. -A ZPA sejtek Shh-t termelnek

Végtagizmok fejlődése http://www.reproduction-online.org/content/141/3/301/F3.medium.gif Myf5 mRNS - lila Developmental Biology. 6th edition. Gilbert SF .Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000.

Programozott sejthalál – a végtag alakjának kialakulása Interdigitális-nekrotikus-zóna (IdNZ) 5. hét - kéz és láblemezek appear jelennek meg a végtagbimbó végén and redők ujj sugarakat képeznek - az ujjsugarak közötti sejtek: programmozott sejthalál (apoptosis) - 3-5 nap differencia a kéz és láb fejlődés között https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/images/thumb/ d/d4/Mouse_interdigit_apoptosis_01.jpg/400px-Mouse_interdigit_apoptosis_01.jpg -apoptosis szignál autopod területén valószínüleg BMP proteinek BMP2, BMP4, és BMP7 expresszálódnak az interdigital mesenchymában  -ulna és radius között egy interior necroticus zona http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/Stylopod-zygopod-autopod.png

Apoptosis Dlx and Msx homeobox transcripciós faktorok -expresszálódnak -AER -a végtagbimbó mesodermában -morphogenetikus szerep

Porcmodell fejlődés – izületek kialakulása BMP-ek indukálják a mesenchymalis sejteket -apoptosis vagy chondrocyta irányban -a fejlődési stádiumtól függően BMP képes apotosist vagy differentiálódást indukálni a target sejt korától függően  Két másik BMP protein: BMP2 és GDF5 expresszálódik a csontok között, ahol az izületek alakulnak ki ízületi üreg képzése: apoptózis? http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10048/bin/ch16f24.jpg

Végtagok rotációja 8 hetes végtagok rotációja térd és könyök kifelé néznek felső végtag dorsál felé rotál alsó végtag ventrális irányban rotál https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/images/thumb/ 2/2b/Stage19-_limb_rotation.jpg/400px-Stage19-_limb_rotation.jpg

Végtag fejlődési rendellenességek Sonic hedgehog növekedési faktort kódoló gén mutációja--polydactylia

Végtag fejlődési rendellenességek HoxD13 mutáció (polysyndactylia)

Felhasznált irodalom Kicheva A, Briscoe J (2010) Limbs Made to Measure. PLoS Biol 8(7): e1000421. doi:10.1371/journal.pbio.1000421 Published: July 13, 2010