Ganglionléc és plakodok fejlődése

Az előadások a következő témára: "Ganglionléc és plakodok fejlődése"— Előadás másolata:

1 Ganglionléc és plakodok fejlődése
ganglionléc, dúcléc, plakodok, csirke-fürj kiméra, bélidegrendszer, perifériás idegrendszer H.-Minkó Krisztina SE, Humánmorfológiai és Fejlődésbiológiai Intézet Fejlődésbiológia kurzus, 2015

2 A dúcléc/ganglionléc Figure 12-2 Scanning electron micrograph of a chick embryo, showing the early migration of neural crest cells (arrow) out of the neural tube (NT). The subectodermal pathway of neural crest migration (*) is relatively cell-free, but contains a fine mesh of extracellular matrix molecules. N, notochord; S, somite. (Courtesy K. Tosney, Ann Arbor, Mich.) Downloaded from: StudentConsult (on 10 May :52 PM) © 2005 Elsevier 2

3

4 Velőcső záródása: Dúcléc sejtek vándorlása csirkeembrió feji régiójában:

5 A dúcléc sejtek specifikációja a neurális és epidermális ectoderma határán
kezdődik meg

6 (Gans és Northcutt, Science 1983)
Dúclécünk egy új képződmény, amelynek kialakulása nagyon fontos előnyöket biztosított a gerinceseknek: lehetővé tette a gerincesek törzsére jellemző „ új típusú fej” (New Head) kialakulását (Gans és Northcutt, Science 1983) ennek jellemzői: Összetett érzékszervek, látás fejlődése lehetővé tette a ragadozó életmódot. Létrejött az első ragadozó szervünk az állkapocs. Az összes arckoponyacsont, és az agykoponya nagy része is dúcléc eredetű.

7 Az új típusú fej létrejöttén kívül a dúcléc teszi lehetővé a testben a különböző szervek, illetve a szervek és a központi idegrendszer közötti kapcsolat létrejöttét a perifériás idegrendszer létrehozásával. A szintén a dúclécből kialakuló és a bőrbe vándorló pigmentsejtek védelmet nyújtanak az UV sugárzás ellen és lehetővé teszik a színváltozásokat, amelyeknek szintén a környezethez való jobb alkalmazkodásban van szerepük.

8 Milyen szövetek származnak a dúclécből?
myofibroblast fibroblast porc csont melanocyta endokrin sejtek perifériás idegsejtek glia sejtek

9 Először His figyelte meg a csirke embrióban, hogy a velőcső mediodorsalis részéről sejtek vándorolnak el lateral felé. Ő nevezte el a sejtek eredetét ganglionlécnek, mivel a kivándorló sejtek célja a gerincvelőt kísérő spinalis ganglionokban volt (1868). Későbbi irtásos kísérletek megmutatták, hogy nemcsak a szenzoros, de a szimpatikus és a paraszimpatikus dúcok , valamint a bélidegrendszer sejtjei is a dúclécből származnak.

10 A csirke-fürj kiméra módszer lehetővé teszi a dúcléc sejtek sorsának követését
fürj sejtekben magvacskához kapcsolódó nagymennyiségű heterokromatin csirke sejtekben szétszórt heterokromatin

11 Sorstérképezés a csirke-fürj kiméra módszerrel 1.

12 Sorstérképezés a csirke-fürj kiméra módszerrel 2.
NCC: neural crest cells, dúcléc sejtek

13 bélidegrendszer mesectoderma pigment sejtek paraszimp. ggl. bél ggl.
érződúc mellékvese szimp. ggl. endokrin sejtek N.M. Le Douarin / Mechanisms of Development 121 (2004) 1089–1102

14 19 napos csirkeembrió vastagbél
Remak ganglion plexus myentericus plexus submucosus Goldstein and Nagy, 2008, vol 64. Ped Res

15

16 Tehát a dúclécből származik:
perifériás idegrendszer nagy többsége szimpatikus, paraszimpatikus, szenzoros, autonóm idegsejtek Schwann sejtek pigment sejtek (melanociták) fejben porc- és csontszövet, simaizom, miofibroblaszt és fibroblaszt , mesektoderma endokrin szövet (mellékvese) agyhártyák erek fala (endoth. nem) a fej nagy részében Szív : septum aortico-pulmonale, conotruncale

17

18

19 A dúcléc sejtek kialakulásának kurrens modellje
Induktív szignálok: az ectodermából: BMP, Wnt a mezodermából FGF-8 (kétéltű adatok szerint) BMP magas konc.: epidermális ectoderma, alacsony: neurális ectoderma közepes: dúcléc! Itt kezdődik el az Msx-1, Pax-3 expresszió (dúclécre jell. TF-ok) Az indukált sejtek snail-1 és slug (snail-2) TF-okat is elkezdenek expresszálni, ami ahhoz kell, hogy ki tudjanak lépni az epitheliumból és tovább vándoroljanak, mint mesenchymális sejtek. Érdekes, hogy a slug faktor a gasztruláció során is expresszálódik, amikor az epiblast sejtek belépnek a primitív csíkba, majd elhagyják azt, mint mesenchyma sejtek! Az epithelio-mesenchymalis átalakulást a sejtfelszíni adhéziós molekulák expressziójának megváltozása teszi lehetővé (N-CAM, E-cadherin, N-cadherin eltűnik a sejtek felszínéről). (egyes molekulák ezek közül újra expresszálódnak, amikor a sejtek elérték céljukat, pl. az érződúcokban)

20 1. Dúcléc indukció neurális és nem-neurális ektoderma határán, neurális cső dorzális részén a korai extraembrionális ektoderma a középagy területére ültetve szintén képes dúcléc kialakításra magas/alacsony BMP szint között BMP: dorzális sajátságok (Wnt) + FGF együtthatása slug, Zic: Zn finger transzkripciós faktorok, dúcléc sajátságok Mechanisms of Development 82 (1999) 51–66 FGF organizer BMP4 BMP4 noelin-1: már slug előtt megjelenik a neurális lemezben; túltermeltetése megnöveli a dúcléc sejtek számát slug Zic5 FGF FGF BMP4 chd, nog fst, shh BMP4 BMP4 BMP4 FGF FGF Mechanisms of Development 105 (2001) 27-35

21 2. Delamináció: epitelio – mesenchimális átalakulás (EMT); adhéziós sajátságok megváltozásához, így kivándorláshoz vezet – BMP indukciós hatás E és N-cadherin, NCAM ↓ , cadherin 7 és 11 expr. ↑ rhoB (small GTPase): migráció előtt már megjelenik, aktin citoszkeleton és sejtalak szabályozása kezdeti elköteleződést noggin-BMP hatás irányítja; Slug és Snail az adhéziós molekulák expresszióját közvetlenül befolyásolja EMT és a delaminációs kivándorlás lehet egymástól független is (RA hatás) slug Zic5 Mech. of Development 105 (2001) 27-35 a delamináció meggátlása (Slug) X

22 A dúcléc sejtek vándorlása az indukció után:
A fejben még a velőcső záródása előtt elindulnak, a testben csak a záródás után. Fibronektin, laminin, és a IV. típusú kollagén (membrana basalis fehérjék): támogató, „csalogató” környezet, szeretnek a basalis lamina mentén vándorolni Kondroitin-szulfát: nem támogató , „taszító” Vándorlás: sejtfelszíni integrinek segítségével

23 fej törzs garatkörüli A dúcléc felosztása garat szív, nagyerek bél
6. szomitától garatkörüli garat szív, nagyerek bél

24 A ganglionléc (dúcléc) topográfiai felosztása
Cranialis dúcléc craniofacialis (ecto-) mesenchyma, porc, csont, kötőszövet, ideg, glia Cardialis dúcléc artériák izmos-kötőszövetes fala, septum aorticopulmonale Entericus dúcléc vagalis, sacralis, entericus dúcléc, paraszimpatikus elemek Truncalis dúcléc melanocyták, spinalis érződúcok, szimpatikus idegek, dúcok

25 Dúcléc a fejben A vándorlás megkezdődik a velőcső záródása előtt

26 Szegmentáció az agyban (neuromérák)
isthmikus neuromér mesencephalikus neuromér rhombomérák i r1 M r2 r3 P1 r4 P2 r5 r6 P3 r7-8 P4 P5 prosomérák P6 21. nap

27 Nincs dúcléc kivándorlás az 5. és 6. prosomera területéről, előtte (1
Nincs dúcléc kivándorlás az 5. és 6. prosomera területéről, előtte (1.-4.) van. A kivándorlást az ant. neurális tarajnál a prechordális mezodermában szekretálódó Dickkopf1 (Wnt inhibitor) gátolja.

28

29 Az utóagyból kivándorló dúcléc sejtek népesítik be az első 3 kopoltyúívet.
A fej ontogenezise során minden rhombomérához és a mesencephalonhoz tartozó dúclécpopuláció megőrzi szegmentális elrendeződését. A garat régióban a dúcléc migrációs útvonalak szoros összefüggést mutatnak a Hoxb génexpresszióval. A cranialis dúcléc sejtek szelvény szerinti specifikációja már korán eldől, mielőtt még megkezdik migrációjukat. Ez a „test” szintjén nem érvényes a dúclécre. A garat endoderma szerepe fontos a differenciációban.

30 3. Migráció Dúcléc vándorlás a fejben
a felszíni ektoderma és a neurális epitélium között vékony rétegben mesenchymális sejtek + mezodermális sejtek (mesencephalon – ektoderma alatt) BMP2 szerep porc-, csont- és simaizomszövetté differenciálódhat Hox gének által meghatározott rhombomérákban vándorolnak, kivéve rh 3 és 5 – paraxial exclusion zone Gale et al (1996) Development. 122: N.M. Le Douarin / Mechanisms of Development 121 (2004) 1089–1102

31 3. Migráció Dúcléc szerepe a fej kialakulásában
csontozat: anterior domén (mid-diencephalon – r2) a Hox-negatív régióból, a posterior területek a Hox-kifejező dúclécből fejlődik sokféle szegmentációs génhatás a mesenchymális származékok a legkevésbé „plasztikusak” – a Hox gének nemcsak a környezeti szignálokat, hanem az intrinsic fejlődési potenciált is megszabják + FGF8 jel-átvitel anterior posterior N.M. Le Douarin / Mechanisms of Development 121 (2004) 1089–1102

32

33 Hox gének expressziója - kivándorló dúcléc-sejtek - kopoltyúívek
4 szomita alatt 6 szomita kopoltyúívek idegrendszer velő-lemez dúc-léc velő-lemez dúc-léc felületi ektoderma garatív- mesenchyma agyideg-dúc velőcső Hoxb-2 r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 r2 r3 r4 r5 r6 r7 r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 Hoxb-1 ph1 ph2 ph3 ph4 C.N. V. Hoxb-3 C. N. VII, VIII Hoxb-4 C. N. IX, X C. N. X Hoxb-2 Hoxb-3 Hoxb-4

34 Dúcléc és fogfejlődés

35

36

37

38

39 Garat körüli dúcléc

40 Rhombencephalon posterior részéről indul, 6. garatív mögött vándorolnak
Cardiális dúcléc Vagális dúcléc

41 Dúcléc és szívfejlődés

42

43 Dúcléc a testben (6. szomita mögött)

44 A dúcléc törzsi (truncalis) részének neurogén származékai
hátsógyökér- agyidegi érzőganglionok neurogenin ventrolateralis útvonal (szomita elülső részén: érződúc) endothelin-3 dúcléc pigmentsejtek (melanocyták) dorsolateralis útvonal (pigment) parasympathicus és sympathicus ganglionok somiták mezodermája fejlődő mellékvese glucocorticoid hormonok parasympathicus (submucosus) plexus a bélben ventralis útvonal (szimpatiko-adrenális) Mash 1 (HLH) enterochromaffin sejtek

45 A dúcléc törzsi (truncalis) részének neurogén származékai
ventrolateralis útvonal dúcléc Schwann sejtek satellita sejtek unipolaris érzőneuronok multipolaris ganglionsejtek a sympathicus ganglionokban FGF, NGF chromaffin sejtek a mellékvesevelőben glomus caroticum, parafollicularis (C) sejtek plexus prevertebralis

46 3. Migráció Dúcléc vándorlás a törzsben BMP4 szerep ventromediális út:
csak a rosztrális szomita mezodermán keresztül; ephrin B1 expresszálódik a caudalis részen, gátló hatás! poszterior sclerotom szintén gátló: (semaforinok, kondroitin-szulfát) érző és szimpatikus ganglionok, Schwann sejtek és chromaffin sejtek szomita fejlődéssel és kompartmentalizációval összhangban dorzolaterális út: szomiták és az ektoderma között, szegmentálatlanul ventrom. migráció elindulása után kb. 24 órával indul melanociták; endothelin-3 sejtfelszíni glikoprotein expr. szabályozza, melyik úton induljanak el ECM: tenascin, thrombospondin – serkentő, F-spondin, collagen IX - gátló perinotochordiális mesenchyma: gátló (kondroitin-szulfát) dermomiotom szklerotom Krull (2001) MOD, 105:37-45.

47 A plakodok differenciálódása

48 A plakodok és dúcléc viszonya egymáshoz
plakod: cranialisabban, lateralisabban, epithelialis jellegét megőrizve a felszínen alakul ki - hámmegvastagodás vagy hólyagképződés formájában Dúcléc: caudalisabban és medialisabban, epithelio-mesenchymalis átalakulás révén, a mélybe vándorolt sejtekből alakul ki

49

50 A plakodok és dúcléc közös őssejtpopulációból származik?
focalis ektoderma-megvastagodás, amelyből haj, szőr, toll és fogak származnak Cranialis plakod központi idegrendszerhez asszociált szervek (csillós receptorsejtek, érzéksejtek, neuroendokrin és endokrin sejtek, glia, ezek támasztósejtjei)

51 A plakod főbb elemei orrüreg hypothalamus szem rostralis plakodok
telencephalon orr-plakod neurohypophysis hypophysis plakod (Rathke tasak) frontonasalis ectoderma lencse plakod thalamus maxillo-mandibularis ectoderma intermedier plakodok trigeminalis plakod (V) ganglion trigeminale hyoid & cervicalis ectoderma mesencephalon epibranchialis plakodok rhomb-encephalon 1. (distalis) ganglion geniculatum (VII) dorsolateralis plakod 2. ganglion petrosum (IX) ganglion vestibulo-cochleare halló-plakod (VIII) 3.-4. ganglion nodosum (X)

52 A plakodális megvastagodások elrendeződése
a velőcső rostralis vége orrüreg hypothalamus szem telencephalon neurohypophysis velőlemez frontonasalis ectoderma thalamus maxillo-mandibularis ectoderma felületi ektoderma hyoid & cervicalis ectoderma mesencephalon a velőlemez és a felületi ektoderma közötti határ rhomb-encephalon

53 A placod és a dúcléc közös vonásai
plakod dúcléc Ektoderma származékai (velőlemez - ektoderma határ) Migrációra képesek Érzékszerveket, érzőneuronokat képeznek Extracelluláris matrixot képeznek* Egymással interakcióba lépve közösen képeznek szöveteket* A törzs egész hosszában Csak cranialisan

54 Köszönöm a figyelmet!

55 Fő referenciák S. F. Gilbert: Developmental Biology, Sinauer associates, Inc. Publishers Schoenwolf, Bleyl, Brauer, Francis-West: Larsen’s Human Embryology, Elsevier T. W. Sadler: Langman’s Medical Embryology, Williams & Wilkins B. M. Carlson: Human Embyology and Developmental Biology