Внутренняя клеточная масса
Ранняя эмбриональная масса, дающая начало плоду

Внутренняя клеточная масса
Бластоциста с внутренней клеточной массой и трофобластом
Подробности
Стадия Карнеги3
Дни6
ПредшественникБластоциста
Дает началоЭпибласт , гипобласт
Идентификаторы
латинскийэмбриобластус; внутренняя клеточная масса; плюрибласт старший
МеШД053624
ТЕмасса клетки_по_E6.0.1.1.2.0.4 E6.0.1.1.2.0.4
ФМА86557
Анатомическая терминология
[править на Wikidata]

Внутренняя клеточная масса ( ВКМ ) или эмбриобласт (известный как плюрибласт у сумчатых ) представляет собой структуру на раннем этапе развития эмбриона . Это масса клеток внутри бластоцисты , которая в конечном итоге даст начало окончательным структурам плода . Внутренняя клеточная масса формируется на самых ранних стадиях эмбрионального развития , до имплантации в эндометрий матки . [1] ВКМ полностью окружена одним слоем клеток трофобласта трофэктодермы .

Дальнейшее развитие

Физическое и функциональное разделение внутренней клеточной массы от трофэктодермы (TE) является особой чертой развития млекопитающих и является первой спецификацией клеточной линии в этих эмбрионах. После оплодотворения в яйцеводе эмбрион млекопитающего претерпевает относительно медленный раунд дроблений , чтобы произвести морулу из восьми клеток . Каждая клетка морулы, называемая бластомер, увеличивает поверхностный контакт со своими соседями в процессе, называемом уплотнением. Это приводит к поляризации клеток внутри морулы, и дальнейшее дробление дает бластоцисту примерно из 32 клеток. [2] У мышей около 12 внутренних клеток составляют новую внутреннюю клеточную массу, а 20–24 клетки составляют окружающую трофэктодерму. [3] [4] Существуют различия между видами млекопитающих относительно количества клеток при уплотнении, при этом у эмбрионов крупного рогатого скота различия, связанные с уплотнением, наблюдаются уже на уровне 9–15 клеток, а у кроликов — только после 32 клеток. [5] Также существуют межвидовые различия в паттернах экспрессии генов у ранних эмбрионов. [6]

ICM и TE будут генерировать совершенно разные типы клеток по мере начала имплантации и продолжения эмбриогенеза. Клетки трофэктодермы образуют внезародышевые ткани, которые выполняют вспомогательную роль для собственно эмбриона. Кроме того, эти клетки перекачивают жидкость во внутреннюю часть бластоцисты, вызывая образование поляризованной бластоцисты с ICM, прикрепленной к трофэктодерме на одном конце (см. рисунок). Эта разница в клеточной локализации приводит к тому, что клетки ICM, подвергшиеся воздействию полости жидкости, принимают судьбу примитивной энтодермы (или гипобласта), в то время как остальные клетки принимают судьбу примитивной эктодермы (или эпибласта). Гипобласт вносит вклад в внезародышевые мембраны, а эпибласт даст начало окончательному собственно эмбриону, а также некоторым внезародышевым тканям. [2]

Регулирование клеточной спецификации

Поскольку сегрегация плюрипотентных клеток внутренней клеточной массы от остальной части бластоцисты является неотъемлемой частью развития млекопитающих, были проведены значительные исследования для выяснения соответствующих клеточных и молекулярных механизмов этого процесса. Основной интерес представляет то, какие факторы транскрипции и сигнальные молекулы направляют асимметричные деления бластомера, приводящие к тому, что известно как внутренние и внешние клетки, и, таким образом, спецификации клеточной линии. Однако из-за изменчивости и регуляторной природы эмбрионов млекопитающих экспериментальные доказательства для установления этих ранних судеб остаются неполными. [3]

На уровне транскрипции факторы транскрипции Oct4, Nanog, Cdx2 и Tead4 участвуют в установлении и укреплении спецификации ICM и TE у ранних эмбрионов мышей. [3]

Ранняя эмбриональная апикальная и базолатеральная поляризация устанавливается на стадии 8-16 клеток после уплотнения. Это первоначальное различие в среде усиливает транскрипционную обратную связь как во внутреннем, так и во внешнем направлении. Внутренние клетки экспрессируют высокие уровни Oct4 , что поддерживает плюрипотентность и подавляет Cdx2 . Внешние клетки экспрессируют высокие уровни Cdx2 , что вызывает дифференциацию TE и подавляет Oct4 .
  • Oct4: Oct4 экспрессируется в ICM и участвует в поддержании его плюрипотентности, роль, которая была воспроизведена в эмбриональных стволовых клетках мыши, полученных из ICM. [7] Клетки с генетическим нокаутом Oct4 как in vivo, так и в культуре демонстрируют морфологические характеристики TE. Было показано, что одной из транскрипционных целей Oct4 является ген Fgf4 . Этот ген обычно кодирует лиганд, секретируемый ICM, который индуцирует пролиферацию в соседнем полярном TE. [7]
  • Nanog: Nanog также экспрессируется в ICM и участвует в поддержании ее плюрипотентности. В отличие от Oct4 , исследования мышей Nanog -null не показывают реверсии ICM к морфологии, подобной TE, но показывают, что потеря Nanog не позволяет ICM генерировать примитивную энтодерму. [8]
  • Cdx2: Cdx2 сильно экспрессируется в TE и требуется для поддержания его спецификации. Нокаутные мыши по гену Cdx2 подвергаются компактизации, но теряют эпителиальную целостность TE на поздней стадии бластоцисты. Более того, экспрессия Oct4 впоследствии повышается в этих клетках TE, указывая на то, что Cdx2 играет роль в подавлении Oct4 в этой клеточной линии. Более того, эмбриональные стволовые клетки могут быть получены от мышей Cdx2 -null, демонстрируя, что Cdx2 не является необходимым для спецификации ICM. [9]
  • Tead4: Как и Cdx2 , Tead4 необходим для функционирования TE, хотя фактор транскрипции экспрессируется повсеместно. Мыши Tead4 -null также подвергаются уплотнению, но не могут сформировать полость бластоцеля. Как и эмбрионы Cdx2 -null, эмбрионы Tead4-null могут давать эмбриональные стволовые клетки, что указывает на то, что Tead4 необязателен для спецификации ICM. [10] Недавние исследования показали, что Tead4 может помочь повысить регуляцию Cdx2 в TE, и его транскрипционная активность зависит от коактиватора Yap. Ядерная локализация Yap во внешних клетках позволяет ему вносить вклад в специфичность TE, тогда как внутри клеток Yap секвестрируется в цитоплазме посредством фосфорилирования. [11]

Вместе эти факторы транскрипции функционируют в положительной обратной связи, которая усиливает распределение клеток ICM и TE. Начальная поляризация бластомеров происходит на стадии 8-16 клеток. Апикально-базолатеральная полярность видна через визуализацию апикальных маркеров, таких как Par3, Par6 и aPKC, а также базального маркера E-Cadherin. [3] Считается, что установление такой полярности во время уплотнения генерирует экологическую идентичность для внутренних и внешних клеток эмбриона. Следовательно, стохастическая экспрессия вышеуказанных факторов транскрипции усиливается в петле обратной связи, которая определяет внешние клетки для судьбы TE, а внутренние клетки для судьбы ICM. В модели апикальная среда включает Cdx2 , который повышает свою собственную экспрессию через нисходящий фактор транскрипции, Elf5. В сочетании с третьим фактором транскрипции, Eomes, эти гены действуют, подавляя гены плюрипотентности, такие как Oct4 и Nanog , во внешних клетках. [3] [9] Таким образом, TE становится специфицированным и дифференцируется. Внутренние клетки, однако, не включают ген Cdx2 и экспрессируют высокие уровни Oct4 , Nanog и Sox2 . [3] [4] Эти гены подавляют Cdx2 , а внутренние клетки поддерживают плюрипотентность, генерируют ICM и в конечном итоге остальную часть эмбриона.

Хотя эта дихотомия генетических взаимодействий явно необходима для разделения бластомеров эмбриона мыши на идентичности ICM и TE, инициация этих петель обратной связи остается предметом споров. Устанавливаются ли они стохастически или через еще более раннюю асимметрию, неясно, и текущие исследования стремятся идентифицировать более ранние маркеры асимметрии. Например, некоторые исследования коррелируют первые два деления во время эмбриогенеза относительно предполагаемых животных и вегетативных полюсов с конечной спецификацией. Асимметричное разделение эпигенетической информации во время этих первых двух делений, а также ориентация и порядок, в которых они происходят, могут способствовать положению клетки либо внутри, либо снаружи морулы. [12] [13]

Стволовые клетки

Бластомеры, выделенные из ICM эмбрионов млекопитающих и выращенные в культуре, известны как эмбриональные стволовые клетки (ES). Эти плюрипотентные клетки, выращенные в тщательно скоординированной среде, могут дать начало всем трем зародышевым слоям (эктодерме, энтодерме и мезодерме) взрослого организма. [14] Например, для поддержания in vitro ES-клеток мыши необходим фактор транскрипции LIF4. [15] Бластомеры отделяются от изолированной ICM на ранней стадии бластоцисты, а их транскрипционный код, регулируемый Oct4 , Sox2 и Nanog , помогает поддерживать недифференцированное состояние.

Одним из преимуществ регуляторной природы, в которой развиваются эмбрионы млекопитающих, является манипуляция бластомерами ICM для создания нокаутированных мышей . У мышей мутации в интересующем гене могут быть введены ретровирусным путем в культивируемые ES-клетки, и они могут быть повторно введены в ICM неповрежденного эмбриона. Результатом является химерная мышь, которая развивается с частью своих клеток, содержащих геном ES-клетки. Целью такой процедуры является включение мутировавшего гена в зародышевую линию мыши таким образом, чтобы у ее потомства отсутствовал один или оба аллеля интересующего гена. Генетики широко используют эту технику манипуляции ICM при изучении функции генов в системе млекопитающих. [2] [14]

Дополнительные изображения

  • Бластодермический везикула Vespertilio murinus.
    Бластодермический везикула Vespertilio murinus.
  • Разрез эмбрионального диска Vespertilio murinus.
    Разрез эмбрионального диска Vespertilio murinus.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Гилберт, Скотт Ф. (2000). «Раннее развитие млекопитающих». Биология развития. 6-е издание . Получено 13 мая 2022 г.
  2. ^ abc Wolpert, Lewis (2006). Принципы развития (3-е изд.). Нью-Йорк: Oxford University Press Inc. ISBN 978-0199275373.
  3. ^ abcdef Марикава, Юсуке и др. Установление трофэктодермальных и внутренних клеточных массовых линий в эмбрионе мыши. Молекулярное воспроизведение и развитие 76:1019–1032 (2009)
  4. ^ ab Suwinska A, Czołowska R, Ozdze_nski W, Tarkowski AK. 2008. Бластомеры эмбриона мыши теряют тотипотентность после пятого деления дробления: экспрессия Cdx2 и Oct4 и потенциал развития внутренних и внешних бластомеров 16- и 32-клеточных эмбрионов. Dev Biol 322:133–144.
  5. ^ Кояма и др. Анализ полярности эмбрионов коров и кроликов с помощью сканирующей электронной микроскопии. Архивировано 23 сентября 2015 г. в Wayback Machine Biol of Reproduction, 50, 163-170 1994 г.
  6. ^ Kuijk и др. Валидация референтных генов для количественных исследований ОТ-ПЦР в ооцитах свиньи и преимплантационных эмбрионах BMC Developmental Biology 2007, 7:58 doi:10.1186/1471-213X-7-58
  7. ^ ab Nichols J, Zevnik B, Anastassiadis K, Niwa H, Klewe-Nebenius D, Chambers I, Schìoler H, Smith A. 1998. Формирование плюрипотентных стволовых клеток в эмбрионе млекопитающих зависит от фактора транскрипции POU Oct4. Cell 95:379–391.
  8. ^ Rodda DJ, Chew JL, Lim LH, Loh YH, Wang B, Ng HH, Robson P. 2005. Транскрипционная регуляция nanog с помощью OCT4 и SOX2. J Biol Chem 280:24731–24737.
  9. ^ ab Strumpf D, Mao CA, Yamanaka Y, Ralston A, Chawengsaksophak K, Beck F, Rossant J. 2005. Cdx2 необходим для правильной спецификации судьбы клеток и дифференциации трофэктодермы в бластоцисте мыши. Development 132:2093–2102.
  10. ^ Nishioka N, Yamamoto S, Kiyonari H, Sato H, Sawada A, Ota M, Nakao K, Sasaki H. 2008. Tead4 необходим для спецификации трофэктодермы в предимплантационных эмбрионах мышей. Mech Dev 125:270–283.
  11. ^ Nishioka N, et al. 2009. Компоненты сигнального пути Hippo Lats и Yap паттерн активности Tead4 для различения трофэктодермы мыши от внутренней клеточной массы. Dev Cell 16: 398–410.
  12. ^ Бишофф, Маркус и др. Формирование эмбрионально-абэмбриональной оси бластоцисты мыши: взаимосвязь между ориентацией ранних делений дробления и паттерном симметричных/асимметричных делений. Развитие 135, 953-962 (2008)
  13. ^ Jedrusik, Agnieszka, et al. Роль Cdx2 и клеточной полярности в распределении клеток и спецификации трофэктодермы и внутренней клеточной массы в эмбрионе мыши. Genes Dev. 2008 22: 2692-2706
  14. ^ ab Робертсон, Элизабет и др. Передача генов по зародышевой линии, введенных в культивируемые плюрипотентные клетки ретровирусным вектором. Nature 323, 445 – 448 (2 октября 1986 г.)
  15. ^ Смит АГ, Хит ДжК, Дональдсон ДД, Вонг ГГ, Моро Дж, Шталь М и Роджерс Д (1988) Ингибирование дифференцировки плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток очищенными полипептидами. Nature, 336, 688–690
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Внутренняя_масса_клетки&oldid=1224151151"