Anatómiai, Szövet- és Fejlődéstani Intézet Paraxiális mesoderma és somitogenesis Dóra Dávid 2016.03.08. szomita, somitogenesis, dermatom, myotom, sclerotom Semmelweis Egyetem Anatómiai, Szövet- és Fejlődéstani Intézet

Mesoderma felosztása Gasztruláció során, az ekto,- és endoderma közé bevándorló sejtek Mesoderma öt fő részre osztható: chordamesoderma paraxiális mesoderma intermedier mesoderma lateralis mesoderma feji mesoderma

Somitogenesis szomiták Somitogenesis során keletkeznek a szomiták Szomiták időlegesen megjelenő, szegmentált struktúrák a fejlődő velőcső mindkét oldalán A paraxiális mesodermaból alakulnak ki. Differenciálódásuk során keletkező progenitor sejtek fogják kialakítani: csigolyák, bordák, csigolyák közti porckorong dermis, hipodermis hát, mellkas, végtagok vázizmai

A somitogenesis iránya cranial Ephrin and its receptor constitute a possible cut site for somite formation A somitogenesis iránya caudal EphA4 Somitogenesis: ismételt morfogenetikai események sorozata, amely eredménye a szomitak kialakulása Egyszerre egy szomita pár keletkezik, ami a paraxiális mesodermaból „formálódik” A folyamat a cranio-caudalis irányultságú

Paraxial mesoderm velőcső szomita paraxiális mesoderma Humán embrióban 37-40 somita fejlődik ki Paraxial mesoderm velőcső szomita paraxiális mesoderma

Szomiták képződése Alak: mint egy labda, amely epitheliummal borított, belül mesenchymalis sejtek töltik ki Egy szomita pár fajra jellemző, meghatározott időintervallum alatt alakul ki (csirkében 90 perc / 1 szomita pár) Méretük teljesen azonos .

Clock and Wavefront model A szomiták meghatározott időintervallum alatt alakúnak ki a szomitomerekből. A 7 legcraniálisabb somitomer sosem alakul szomitává  ezekből alakul ki a fejmesoderma  ezek adják majd a fej harántcsíkolt izmait Ezt az „óramű pontosságú” ritmusát a szomitaképzésnek a Clock and Wavefront model írja le Oszcillatorikusan expresszálódó gének jelenléte a paraxiális mesoderma sejtekben→ ezek expressziós időtartama megegyezik a szomitaképződés időintervallumával FGF8 (Hensen csomó termeli) és a retinsav (elkészült szomiták termelik) egymással ellentétes koncentrációs grádiense FGF8 és retinsav egymást „kioltva” időzítik az oszcillációs gének expresszióját

A szomiták kialakulása

Delta-Notch are expressed at presumptive boundaries Az ectoderma Wnt-6 általi indukciójára a paraxis nevű transzkripciós faktor fogja átalakítani a szeparált szomitát mesenchymá-lisból egy epitheloid struktúrává DevBio9e-Fig-11-05-1R.jpg

A somiták kialakulásukat követően további részekre oszlanak. Sclerotome Syndetome Myotome Dermatome

Sclerotome: A szomiták ventro-mediáis sejtcsoportja. Többszöri mitózist követően a notochord és a ventrális velőcső által termelt Shh és noggin hatására, a sejtek a fejődő velőcső és chorda dorsalis köré vándorolnak  Pax-1 és Pax-9 –et kezdenek expresszálni  a sejtek másodlagosan mesenchymává alakulnak /szekunder mesenchyma/ és porc ECM elemeket kezdenek termelni. Ezen progenítor sejtek képezik majd: csigolyákat, bordákat, csigolyák közötti porckorongokat. Dermomyotome: Ektodermális Wnt hatására két további részre különül: dermatome (ektoderma felé eső rész). Dermatom progenitor sejtjei (a laterális mesodermaból származó progenitor sejtekkel együtt) fogják létrehozni a bőr dermis és hipodermis rétegeit. A fejlődő velőcsőhöz közelebb eső része a dermamyotomnak képezi a myotomot. Későbbiekben a testfal, a hát és a végtagok vázizmainak a kialakításában vesz részt. A dermomyotom sejtjeire a Pax-3 és a Pax-7 expresszió jellemző Syndetome: A sclerotom és a myotom közötti réteg. Sejtjei a leendő tendocyták prekurzorai

Szomiták differenciálódása noggin Környező struktúrák (chorda dorsalis, a fejlődő velőcső, ektoderma) által termelt faktorok (pl: Shh) hatására Ezen a faktorok a szomita különböző sejtcsoportjaiban más-más gének aktiválódását váltják ki, előidézve a sejtek elköteleződését.

Sclerotome determination Shh signaling from notochord/floor plate Inducing Pax1 expression

Ventralis sclerotome: corpus vertebrae, discus intervertebralis Lateralis sclerotome: distalis bordák Medialis sclerotome (not shown): meninxek és ereik (meningotome) Arthrotome: discus intervertebralis, proximalis bordák Dorsalis sclerotome: arcus vertebrae dorsalis része, processus spinosusok Centralis sclerotome: arcus vertebrae ventralis része, processus transversusok

A sclerotom további két részre: egy cranialis és caudalis sejttömegre fog tagolódni. A caudalis szegmes tömöttebb míg a cranialis szegmes sejtjei lazábban helyezkednek el. Két egymás mellett lévő sclerotom cranialis és caudalis szegmenséből fog formálódni egy csigolya A fejlődő velőcsőből kinövő motoneuronok axonjai csak a cranialis (lazább) szegmensen tudnak áthaladni. Tehát a csigolyák képződésével párhuzamosan, az egyes gerincvelői szegmensekből kilépő idegek fejlődése is szabályozott.

Sclerotom differenciációja: A csigolyák kialakulása caudal cranial Egy csigolya kialakításában két egymással szomszédos szomita sclerotomja vesz részt

A cranio-caudalis szegment-identitás kialakulása minden somitában egyéni HOX-gén kombináció expresszálódik. Ez a kombináció (HOX-kód) kizárólag erre a somitára jellemző. Az axialis HOX-kód csak a csontvázra és nem az izomzatra vonatkozik. The situation in vertebrates is more complicated than in Drosophila, with transformations tending to be less dramatic and not all mutations leading to homeotic transformation.

Hogy alakulnak ki a különböző csigolyák? Somiták és sclerotomjaik morfológiailag egyformák Mégis 5 különböző csigolya típus építi fel a gerincoszlopot (cervicalis, thoracalis, lumbalis, sacralis, coccygalis). Mindemellett a különböző csigolyák, a gerincvelő meghatározott szakaszait alkotják Hox gének és ezek expressziós mintázata (Hox kód) a magyarázat

epithelio-mesenchymalis átalakulás dermamyotom Dermatom ectoderma epidermis dermis dermatom hypo-dermis epithelio-mesenchymalis átalakulás Neural tube neurotropin 3 (NT-3)

dermamyotom Myotom hátizmok testfal, nyelv, végtagok A myotom további két részre osztható: (dorsalisan) epimere és (ventralisan) hypomere. Az epimere progenitor sejtjeiből: m. erector spinae és a transversospinalis izomcsoport (ún.: epaxialis izmok) A hypomeres részt vesz: az intercostális izomcsoport, m. obliguus externus, m. obliquus internus, m. transversus abdominis és a végtagogk izomzata A notochordból érkező noggin szignál gátolja ahol gátolja az ektodermális BMP-4-et, a Pax-3 és Pax-7 helyett mygenikus faktorok kezdenek expresszálódni, mint a MyoD vagy a Myf5

MYOBLASZTOK MIGRÁCIÓJA vándorló myoblasztok végtagbimbó vándorló myoblasztok C-met: tirozin-kináz receptor fehérje; myoblasztok felszínén HGF (hepatocita növekedési faktor): a végtagbimbók mesenchymális sejtjei expresszálják C-met HGF

Myoblasztok kialakulását szabályozó mestergének: MyoD, myogenin, MRF-4 transzkripciós faktorok

A végtagok szintjében kialakuló törzsizomzat epaxialis myotom Autochton hátizomzat nincs hypaxialis myotom Pax-3, HGF/SF, c-met myogen sejtek a végtagizomzat számára

hasfal- és bordaközti izomzat, rekeszizom, nyelv A végtagok között felületi ektoderma dermatom epaxialis myotom autochton hátizomzat sclerotom hypaxialis myotom hasfal- és bordaközti izomzat, rekeszizom, nyelv Wolff-cső

CSIR Chicken limb bud quail chick Quail derived muscle

A test szegmentális felépítése Az egyetlen szomitából fejlődő struktúrák összessége fogja alkotni, a test egy meghatározott szegmensét Az adott szegmenst, egyetlen gerincvelői ideg fogja ellátni, mivel a szomiták fejlődése szoros összefüggésben áll a gerincvelői idegekével

Inak fejlődése: sclereaxis gén kifejeződése szükséges devbio8e-fig-14-19-1.jpg

Szomiták (őscsigolyák) - átmeneti struktúrák; fontosak a gerinces embryok szegmentális mintázatának kialakulásában szomita sejtekből fejlődnek: 1. Csigolyák, bordák, lapocka? 2. Hát bőrének dermise 3. Hát, testfal és a végtagok harántcsíkolt izomzata 4. Aorta-dorsalis; endothel+ Simaizom 5. Gerincvelő burkai DevBio9e-Fig-11-20-0.jpg