Regulační síť buněk blastocysty
Transkripční faktory:
Oct4, Nanog => ICM/embryoblast
Cdx2, Eomes => trofoblast
Implantace,notogeneze,iniciace vývoje tkání
Epiblast (primitivní ektoderm)
Hypoblast (primitivní endoderm)
7dpc, human
Podpořeno projektem FRVŠ 524/2011
Implantace
A) Uvolnění blastocysty ze zony pellucidy - hatching
– pomocí trypsinu podobné proteáze sekretované buňkami trofoblastu
B) Myší blastocysty vstupující do dělohy
C) Počáteční krok implantace blastocysty (kočkodan)
Formování embryonálních tkání
v průběhu implantace
(člověk, 7-11 dpc)
Cytokiny LIF a IL-11 řídí zahnízdění (implantaci / nidaci)
blastocysty ve sliznici dělohy (endometriu)
Hondo, 2004
a) estrogen a progesteron, zvyšují proliferaci
a diferenciaci buněk sliznice
b) Estrogen indukuje produkci LIF žlázkami
endometria. LIF je produkován do lumen dělohy
kde aktivuje buňky luminálního epitelu k produkci
mnoha genů zahrnujících i faktory buněčné
adheze jako jsou Coch a CD9 (tetraspanin).
c) Invaginující blastocysta spouští procesy
decidualizace řízené prostaglandiny
(produkovanými Cox-2) a IL-11
Časování - myš
Děložní sliznice – zona bazalis
- zona funkcionalis – epitel děložní sliznice
– kompakta (~ 1/3 sliznice)
- spongióza
Kompakta – metabolicky aktivní fibroblasty měnící se na deciduální buňky
(deciduální reakce, vznik deciduálních buněk, velké vakuoly
s intenzivním metabolismem a akumulací glykogenu a lipidů)
- vývody děložních žlázek
Spongióza – děložní žlázky (tvorba sekretu bohatého na glykogen)
- vazivové stroma
A) blastocysta je kotvena „integriny“ na „laminin“ v epitelu děložní sliznice
B) interkce a invaze do kompakty zprostředkované vazbou integrinů na „fibronektin“
laminin a fibronektin – proteiny extracelulární matrix (ECM) produkované zejména přítomnými fibroblasty
Hypoxia
Fyziologická hypoxie indukuje proliferaci buněk trofoblastu – první týden gravidity
Regulace expanze a invaze trofoblastu v závislosti na hypoxii a normoxii
primary parietal trophoblast giant cells (TGC; oval-shaped). Syncytio-, syncytiotrophoblast;
S-TGC, sinusoidal TGC; C-TGC, canal TGC; spongio-, spongiotrophoblast; glycogen,
glycogen trophoblast; P-TGC, parietal TGC; Spa-TGC, spiral artery TGC
Vznik amniotické dutiny a lakun trofoblastu
8 a 9 dpc, human
Imunologická tolerance
- choriový gonadotropinu (hCG)
- steroidní hormony
- imunosupresivní cytokiny
- další proteiny produkované sliznicí
patřící k hlavnímu antigennímu systému
matky (HLA-G)
Invaze syncytiotrofoblastu
– enzymatické rozrušení tkáně sliznice
- resorpce živin syncytiotrofoblastem
(histiotrofé – tkáňová výživa)
Žloutkový váček a chorion
10 – 13 dpc, human
Heuserova membrána = membrána exocélomu
Primární žloutkový váček = dutina exocélomu
Extraembryonální retikulum = extracelulární matrix produkovaná buňkami H. membrány
12 dpc10-11 dpc
12-13 dpc
human
Epiblast >>> extraembryonální mesoderm
Dutina chorionu = extraembryonální célom
Vznik definitivního
(sekundárního)
žloutkového váčku
12-14 dpc, human
Vývoj klků chorionu a přenos živin
mezi krevním oběhem matky a embrya
Výsledný bilaminární (dvouvrstevný) zárodečný disk/terčík
konec 2 týdne (14-15 dpc, human)
Trilaminární (třívrstevný) zárodečný disk/terčík,
somity a neurální trubice
Primitivní proužek = primitivní (Hensenův) uzel + primitivní rýha + primitivní jamka
- ustanovení předozadní a dorso-ventrální symetrie
Signalizace:
primitivní proužek – Nodal (TGFbeta), indukce ventrálního mesodermu – BMP4/FGF8
indukce dorzálního mesodermu – Chordin, Noggin, Follistatin –(z H. uzlu)
Vývoj intraembryonálního mesodermu
-> trilaminárního disku / terčíku
definitivní endoderm = entoderm
primitivní jamka -> prechordální destička
-> formování notochordu
Povrch ektodermu trilaminárního zárodečného
disku 19 denního lidského embrya
(scanning electron micrograph)
Mapa specifikace buněk epiblastu (myš)
Tvorba notochordu
paraxialní mesoderm >>> axiální skelet, svalovina, část dermis / škáry
intermediální mesoderm >>> urinární systém a část pohlavních orgánů
laterální lišta mesodermu
a) + ektoderm = somatopleurální mesoderm >>> končetiny, většina škáry
b) + endoderm = splanchnopleurální mesoderm >>> mezotel kryjící vnitřní orgány
Regulace tvorby kostry (skeletom), škáry (dermatom)
a kosterní svaloviny (myotom) - somatopleurální mesoderm
exprese genu Pax3 (dermomyotom), indukováno - Wnt z dorzální ploténky medulární
(neurální) trubice
exprese genu myoD (svaly končetin), indukováno - BMP-4 z laterální ploténky mezodermu
- Wnt z epidermis
exprese genu myf5 (zádové svaly), indukováno – Wnt z buněk dorzální ploténky medulární
(neurální) trubice
exprese genu Pax1 (sklerotom), indukce SHH (Sonic Hedgehog) z buněk chordy
a bazální/ventrální ploténky medulární(neurální) trubice
neurotrofinem-3 (NT-3) uvolňovaná z buněk dorzální ploténky indukuje mediální část
v škáru (dermatom)
Differentiation of somites
1. Myotome
2. Dermatome
3. Sclerotome
4. Surface ectoderm
5. Endoderm
6. Neural tube
7. Dorsal aorta
8. Notochord
A – Wnt
B – Shh
C – BMP4
1. Intermediate mesoderm
2. Yolk sac
3. Gut
4. Intraembryonic coelom
5. Notochord
6. Neural tube
Derivatives of mesoderm 21. day
1. Intermediate mesoderm
2. Endoderm
3. Splanchnic mesoderm
4. Somite
5. Somatic mesoderm
6. Surface ectoderm
7. Neural tube
8. Dorsal aorta
9. Notochord
10. Yolk sac
11. Intraembryonic coelom
Tvorba somitů ze somitomer
- postupně kaudálním směrem
- prvních 7 somitomer (kraniálních) zůstává, později >>> tvář, čelist, hrdlo
Segmentace somitů je zejména dána/řízena cyklováním drah
transdukce signálu FGF, Wnt a Notch
Axin – komponent signalizace Wnt
Dusp*) – fosfatáza, součást negativní zpětné vazby signalizace FGF
Fringe – glykosyltransferáza, součást signalizace Notch
*)
1. Lens placode
2. Pharyngeal arches
3. Otic placode
4. Heart bulge
5. Limb ridge
6. Somites
4. týden
5. týden
6. týden
7. týden
Somity 1-7 se podílejí na formování obličeje
Morfologie segmentujících somitů (po odstranění ektodermu)
a příčný řez dorsální částí embrya, 21 dpc, human
(scanning electron micrograph)
1. Neural groove, 2. Notochord, 3. Somite
4. Ventral somite wall, 5. Surface
ectoderm, 6. Intermediate mesoderm, 7.
Endoderm, 8. Lateral plate
20 denní lidské embryo s neurální lištou,
mozkovou částí a zbytky primitivního proužku
mizejícího 25 den (scanning electron micrograph).
Schema růstu neurální lišty a celková změna velikosti embrya
(18 - 20 dpc)
Regulace gastrulace a počátečního formování tkání
Indukce organizéru (Nieukoop center – obojživelnící, maternal RNA,
savci b-katenin, BMP-4, Activin)
Formování a vývoj organizéru
Organizace primitivního proužku (hlavička, kmen, ocásek)
levo / pravá diferenciace organizéru
Involuce buněk epiblastu do organizéru
Přeměna buněk epiblastu (epitelie) na buňky mesenchymu
Vstoupení a migrace buněk z organizéru => vznik trilaminárního terčíku
Diferenciace subpopulací endodermu a mesodermu
Indukce neurální ploténky a následně neurální lišty u buněk epiblastu
(nevstupujících do organizéru)
Kranio-kaudální formování embrya v interakci s dorsalizujícími
a ventralizujícími faktory
summary
human
Indukce organizéru a jeho regulátory
kuře
myš
Potenciál Hensenova uzlíku
=> indukce dalšího embrya
/ základu tělní osy
Tvorba paternu těla => Hox geny
Homeotické geny kódující
transkripční faktory
homeobox (seq DNA)
-> homeodoména (prot)
Prostřednictvím homeodomény
se váží do promotorů dalších genů
Také master / mistrovské
kontrolní geny
Hox geny tvoří u savců
4 komplexy homeobox genů
Nedojde k zahnízdění / nidaci => úhyn blastocysty / embrya
Někteří savci – schopnost embryonální diapauzy
Embryonální diapauza (utajená březost) – zpracoval Jan Kučera, 2009
- evoluční adaptace chránící zárodek i matku před nepříznivým vývojem
- blastocysta zástane volně v děloze a její vývoj se zastaví
~ 100 savců, 7 řádů
vačnatci, hmyzožravci, letouni, chudozubí, šelmy, hlodavci, sudokopytníci
DIAPAUZA
implantace
Fakultativní diapauza
• Pozastavení vývoje zárodku v
důsledku laktace
• zabřeznutí krátce po vrhnutí
mláďat diapauza
odstavení mláďat
obnovení vývoje
• Maximalizace produkce mláďat
(není nutné vyhledávat partnera
a pářit se)
– Hlodavci, vačnatci, hmyzožravci
Obligátní diapauza
• V rámci každé březosti
• Synchronizace doby páření a
vrhnutí potomků do nejvhodnější
doby
– Lasicovité, tuleňovité a
medvědovité šelmy, srnec,
pásovci, netopýři
Exogenní faktory
Světlo
Teplo
Metabolický stres
Endogenní faktory
Vliv mateřského organismu
Regulace na úrovni
- hypofýzy
- vaječníků
- dělohy
Regulace diapauzy
Hormony, cytokiny, růstové faktory
Hormonální řízení diapauzy
•Gonadotropiny uvolňující hormon
•Prolaktin
•Luteální hormon
•Folikuly stimulující hormon
•Estrogeny (E2)
•Progesteron (P4)
Model
Rozdílné principy regulace mezi obligátní a fakultativní diapauzou i mezi jednotlivými
skupinami savců. Pravděpodobně neexistuje jednotný mechanismus.
Komunikace mateřského organismu s blastocystou
Aktivní inhibice nebo
nedostatek faktorů?
• Vývoj embrya - proliferace
- diferenciace
• Diapauza - zastavení mitotického
dělení
- bazální metabolismus
- prevence apoptózy
- plně vratné
Diapauza
Dormantní blastocysta
Implantace
Aktivovaná blastocysta
Srovnání genové exprese
– rozdíl v expresi 1% genů!
Možné využití
• reprodukční biologie
• nádorová biologie
• kmenové buňky