29 - A törzs és a gerincoszlop fejlődése

Az előadások a következő témára: "29 - A törzs és a gerincoszlop fejlődése"— Előadás másolata:

1 29 - A törzs és a gerincoszlop fejlődése
Dávid Csaba

2 Az epiblast sorstérképe
epithelo-mesenchimális átalakulás!!! chorda dorsalis fejmesoderma somiták törzs régió interm. mes. oldallemez mesoderma

3 Mesoderma létrejötte kötőnyél A lefűződő sejtekből létrejövő sejtoszlopok a leendő törzsben axiális mesoderma (chorda dorsalis, páratlan) paraxiális mesoderma (somiták) intermedier mesoderma oldallemez mesoderma chordalemez szikhólyag hámja

4 Fej vs törzs A feji régióban a mesoderma nem szegmentálódik: fejmesoderma paraxialis mesoderma szegmentálódik somiták

5 A paraxialis mesoderma szegmentációja
20. nap első somiták megjelenése a nyaki szakaszon cranio-caudalis progressio (3-4 somita/nap) a létrejövő párból marad meg és fejlődik tovább mesenchymo-epithelialis átalakulás!!! Még nem szegmentált paraxialis mesoderma Somiták átmeneti, szegmentált struktúrák - a somita képződést megelőzi a szegmentlemez epithelialis transzformácója - lamina basalis vesz körül minden új somitát - lamina rara interna: fibronectin matrix (glikoprotein) vesz körül minden somitát -funkciók: sejt adhézió, növekedés, migráció, differenciálódás

6

7 A somiták sorsa 5-12. (összesen 8 db!) cervicalis somita
os occipitale pars basilaris cervicalis csigolyák környező izmok nyaki dermis egy része felső végtag izomzat thoracalis somita thoracalis csigolyák thorax csontjai és izmai thoracalis dermis a has fal egy része lumbalis somita lumbalis csigolyák abdominális dermis abdominális izmok alsó végtag izomzat sacralis somita sacrum, dermis, izmok 35-37 coccygealis somita os coccygis, dermis

8 TRANSCRIPTIOS FAKTOROK
Szabályozó faktorok NÖVEKEDÉSI FAKTOROK stimulálják a sejtek növekedését, proliferatióját, a sejt differenciálódást signal molekulák a sejtek között Protein csoportok tagjai, melyek strukturális és evolúciós hasonlóságot mutató proteinek: Bone Morphogenetic Proteins (BMP-k) Bmp4 Epidermal Growth Factor (EGF) Fibroblast Growth Factor (FGF) Transforming Growth Factor β (TGF-β) Myostatin (GDF-8) Sonic hedgehog homolog (SHH) – morfogén diffúzió - koncentráció grádiens Wnt Protein TRANSCRIPTIOS FAKTOROK proteinek amelyek specifikusan kötődnek DNS szekvenciákhoz kontrollálják a genetikus információ transkripcióját a DNS-ről mRNS-re upregulation, aktiváció downregulation, represszió szövet specifikus transzkripciós faktor családok Paraxis cSim1 Paired box (Pax) gének izomspecifikus transcripciós faktor MyoD protein izomspecifikus gén-reguláló protein myf5

9 A Hox-kód

10 Szegmentációs óra FGF és Wnt grádiens indukálja a Hairy 1 (TF) oszcillációját (Notch szignálút) az újonnan kialakult somiták retinsav (RA) grádiense megállítja az oszcillációt Development 139, (2012) © Patterning embryos with oscillations: structure, function and dynamics of the vertebrate segmentation clock Andrew C. Oates, Luis G. Morelli and Saúl Ares Timing Embryo Segmentation: Dynamics and Regulatory Mechanisms of the Vertebrate Segmentation Clock Tatiana P. Resende,1,2,3 Raquel P. Andrade,1,2 and Isabel Palmeirim. 7 May 2014

11 Szimmetria - aszimmetria
Somitogenezis bilaterális szimmetriáját a retinsav szabályozza A primitív gödör környékén (ahol leáll a somitogenezis) található kinocíliumok azonban bal felé csapkodva asszimetrikus folyadékáramot hoznak létre. Ez a bal oldalra tereli az aszimmetriát feltehetően létrehozó faktorokat (retinsav, Shh, Nodal, Ca2+), amik a bal oldali oldallemez mezodermában eltérő fejlődést okoznak, mint a jobb oldaliban Raquel Lourenço 1,2 and Leonor Saúde: Symmetry OUT, Asymmetry IN, Symmetry 2010

12 A pre-somita differenciálódás
4 különösen fontos gén: LFNG (Lunatic fringe) O-fucosylpeptide 3-beta-N-acetylglucosaminyltransferase (enzim!) retinsav és Fgf8 megfelelő arányú keveréke hatására expresszálódik leendő somitahatár kijelölésében fontos mesoderm posterior 2 (MESP2, helix-loop-helix TF) HES 7 (helix-loop-helix, TF) LFNG-től downstream, ritmusosan fejeződik ki represszálja a Notch utat, ezáltal segíti a ritmusos Notch deaktiválást delta-like 3 (DLL3, transzmembrán fehérje, Notch ligandja) transzmembrán protein aktiválja a Notch transmembrán receptort (sejt-sejt kölcsönhatás) Delta-Notch szignál út a szegmentálódás ritmusát regulálja: „szegment óra”

13 Somitogenesis Wnt6 indukálja
EphA4, EphB3 EphB1, EphB4 Wnt6 indukálja az N-cadherin/ß-catenin mediálta adhéziót Paraxis, Pax3 TF-okat Következmény: somita epithelializáció, somitocoel kialakulása

14 Paraxis TF, amely a követezőket szabályozza
somitogenesist mesenchimo-epithelialis átalakulást scleretom specifikus gének expresszióját chondrogenezist Uptstreem: Shh, downstreem: Pax1 Rendellenességek Paraxis ->  Pax1 -> axiális váz és bordák fejlődési zavara túl korai Pax1 downreguláció -> csigolyák fúzionálnak: blokkcsigolya

15 A sclerotom differenciálódása
sclerotom -> gerincoszlop + bordák (részben) epithelial – mesenchymalis átmenet (megint!!!) sclerotom sejtek sorsa dorsalis: arc. vertebrae, proc. spin. ventralis: corpus vertebrae lateralis: proc. transv., bordák

16 A sclerotom reszegmentációja
vonEbner’s fissure EphA4, EphB3 EphB1, EphB4 az egymással szomszédos sclerotomfelek összeolvadnak és létrejön a definitív csigolya Miért????

17 A sclerotom resegmentációja
EphB3 (receptor) a sclerotom cranialis felében Ephrin B1 (ligand) a sclerotom caudalis felében vándorló dúcléc sejtek csak a sclerotom cranialis felében haladnak A perifériás idegrendszer így szegmentálódik

18 Discus intervertebralis
A resegmentáció során a chorda feldarabolódik, mert a csigolytestekbe eső része eltűnik a definitív csigolyák közt megmarad: nucleus pulposus körülötte levő sejtekből alakul ki az anulus fibrosus

19 A bordák és a sternum 6. hét: art. costovertebralis
Proximalis borda fejlődése (sárga) a chorda dorsalistól és/vagy ventrális velőcsőtől (alap lemez) függ Distalis borda fejlődése (piros) a felszíni ectodermától függ a felszíni ectoderma direkt vagy indirekt úton hat Intercostalis izmok a dermomyotomból fejlődnek minden somita dorzális oldalán (barna) HIROHIKO AOYAMA: Three developmental compartments involved in rib formation. 2005 6. hét: páros mesenchymalis szövettömörülés sternalis porclécek 60. nap: csontosodási pontok

20 Inak Új somita réteg: syndetome (2003)
- ebből a rétegből fejlődnek az inak Scleraxis gén expressziója regulálja

21 Csigolyafejlődési hibák
MESP2(mesoderm posterior gene 2) mutáció: rövid nyak rövid törzs abnormalis vertebralis szegmentáció (spondylocostalis dysostosis) MESP2 (mesoderm posterior 2) csak egy nagyon rövid ideig expresszálódik a presomita mesoderma elülső részén, közvetlenül a somitogenesis megindulása előtt a somitogenezis befejeztével hirtelen down-regulálódik DLL3 (Delta-like 3) gén mutációja spondylocostal dysostosis tünetegyütteséhez vezet hemivertebra, vertebralis fúzió bordák fúziója, scoliosis, lordosis, kyphoscoliosis Anteroposterior MRI felvétel Am. J. Hum. Genet. 74:1249–1254, 2004 Mutated MESP2 Causes Spondylocostal Dysostosis in Humans Neil V. Whittock, Duncan B. Sparrow, Merridee A. Wouters, David Sillence, Sian Ellard,1 Sally L. Dunwoodie, and Peter D. Turnpenny

22 Spina bifida Mfh/Pax1 dupla mutáns Különböző súlyosságú formái Okok
dorsomedialis csigolya részek hiányoznak Különböző súlyosságú formái Okok öröklött (kisebb arányban) környezeti: folsav hiánya, vagy bizonyos gyógyszerek, pl antiepileptikumok szedése a várandósság alatt

23 A törzs izmai Dermomyotom dermalis prekurzor sejtek
myogen prekurzor sejtek epimer: epaxialis törzsizmok hypomer: hypaxialis és végtagizmok Wnt signal indukálja az epaxialis izom fejlődést Noggin expresszió (Bmp antagonista) Myf5 expresszió myogen sejtek myotom lemezbe vándorolnak MyoD expresszió myoblastok – postmitotikus Myogenin és MRF4 izomspecifikus enzim és kontraktilis filamentum gének aktiválásáért felelősek myoblaszt differenciálodás sejtfúzió

24 New England Journal of Medicine / AP File
Myostatin Myostatin (növekedési és differenciálódási faktor 8, GDF8) a Tgfβ molekula család tagja izom differenciálódás gátló spontán mutációja izomtömeg és erőnövekedést okoz New England Journal of Medicine / AP File Német, 7 hónapos fiú myostatin mutáció