Primitiefknoop
De primitiefknoop of primitieve knoop is de organisator voor de gastrulatie in de meeste Amniota-embryo's. Bij vogels staat het bekend als de knoop van Hensen, bij amfibieën de Spemann-Mangold organizer en bij vissen als het embryonale schild.[1] Het wordt bij amfibieën gevormd door het Nieuwkoop centrum of door de achterste marginale zone (PMZ=posterior marginal zone) bij Amniota, inclusief vogels.
_(20661197932).jpg)
arg. Kiemschijf.
pr. Primitiefstreep. gc. germinal crescent ( anterior extra-embryonale structuur)
Ontwikkeling bewerken
Bij de ontwikkeling van vogelembryo's begint de primitiefknoop als een regionale knoop van cellen die zich vormt op de blastodisc, onmiddellijk vóór de plaats waar de buitenste laag cellen naar binnen begint te migreren - een gebied dat bekend staat als de primitiefstreep, die betrokken is bij de sikkel van Koller. Wanneer de primitiefstreep zijn volledige lengte nadert (bijna 2 mm), vormt de punt, nu de knoop van Hensen genoemd, een nieuw compact geheel van cellen. Vanaf hier blijven cellen emigreren en worden vervangen door de omringende epiblast. Het centrum van de knoop van Hensen bevat een trechtervormige verdieping, de primitiefpit, waar de cellen van de epiblast (de bovenste laag van embryonale cellen) aanvankelijk beginnen te invagineren en de primitiefgroef vormen. Deze invaginatie breidt zich naar achteren uit in de primitiefgroef terwijl de cellagen zich blijven verplaatsen in de ruimte tussen de embryonale cellen en de dooier. Dit onderscheidt het embryo in de drie kiembladen: endoderm, mesoderm en ectoderm. De primitiefknoop migreert naar achteren naarmate de gastrulatie voortgaat en wordt uiteindelijk geabsorbeerd in de staartknop.
Dit leidt tot een dynamisch karakter van de primitiefknoop en een niet-homogene cellulaire samenstelling, zoals blijkt uit het lot van emigrerende cellen en uit genexpressiepatronen. De primitiefknoopcellen drukken niet de samenstelling van organisator-inducerende factoren uit, die aanwezig zijn in de posterieure marginale zone en in de jonge primitiefstreep. De primitiefknoop vertegenwoordigt daarom een nieuwe functionele kwaliteit. De aanwezigheid van een antidorsaliserende activiteit in de primitiefknoop, de TGF-achtige factor ADMP (anti-dorsaliserend morfogenetisch proteïne), verhindert verdere, anterieure en laterale, primitiefknoopinducties, waardoor er maar één primitiefknoop wordt gevormd.[2]
Standaardmodel bewerken
De cellen van het primitiefknoop scheiden veel cellulaire signalen af die essentieel zijn voor neurale differentiatie. Na gastrulatie wordt het zich ontwikkelende embryo verdeeld in het ectoderm, mesoderm en endoderm. Het ectoderm geeft aanleiding tot epitheel en zenuwweefsel, waarbij zenuwweefsel de standaard bestemming van de cel is. Botmorfogenetische eiwitten (BMP's) onderdrukken neurale differentiatie en bevorderen epitheelgroei. Daarom scheidt de primitiefknoop (de dorsale lip van de blastopore) BMP-antagonisten af, waaronder noggin, chordin en follistatine. De primitiefknoop geeft aanleiding tot het pre-axiaalmesoderm, de chorda dorsalis en het mediale deel van de somieten.
De eerste cellen die door de knoop van Hensen migreren, zijn de cellen die bestemd zijn om het faryngeale endoderm van de voordarm te worden. Eenmaal diep in het embryo migreren deze endodermcellen naar voren en verdringen uiteindelijk de hypoblastcellen, waardoor de hypoblastcellen worden beperkt tot een gebied in het voorste deel van de area pellucida. Dit voorste gebied, de anterior extra-embryonale structuur, vormt geen embryonale structuren, maar bevat wel de voorlopers van de kiemcellen, die later via de bloedvaten naar de geslachtsklieren migreren.[3]
De volgende cellen die via de knoop van Hensen binnenkomen, bewegen ook naar voren, maar ze gaan niet zo ver ventraal als de vermoedelijke endodermcellen in de voordarm. In plaats daarvan blijven ze tussen het endoderm en de epiblast om het mesoderm van de prechordale plaat te vormen. De kop van het vogelembryo vormt zich dus anterieur (rostraal) ten opzichte van de knoop van Hensen.[3] De volgende cellen die door de knoop van Hensen gaan, worden het chordamesoderm. Het axiaal mesoderm bestaat uit twee componenten: het kopgedeelte en de chorda dorsalis. Het meest voorste deel, het kopuitsteeksel, wordt gevormd door centrale mesodermcellen die naar voren migreren, achter het mesoderm van de prechordale plaat en naar de rostrale punt van het embryo. Het kopgedeelte zal ten grondslag liggen aan de cellen die de voorhersenen en de middenhersenen zullen vormen. Naarmate de primitiefstreep kleiner wordt, zullen de cellen die worden afgezet door het kleiner worden van de knoop van Hensen de chorda dorsalis worden in een proces dat neurulatie wordt genoemd.[3]
Moleculaire signalen bewerken
De transciptiefactor Foxa2 is belangrijk voor de vorming van de primitiefknoop. Bij muizen komt de expressie van Foxa2 in de primitiefstreep en primitiefknoop voor vanaf 6,5 dagen na de bevruchting.
Om de Spemann-Mangold organizer te kunnen vormen, moeten moederlijke factoren, zoals mVegT, aanwezig zijn in de vegetatieve cap.[4] Wnt-reactiepadsignalering is het andere belangrijke moederlijke signaal in de vorming van de organisator en is autonoom vereist voor expressie van organisatorgenen.[5] Siamois (Sia) en Twin (Xtwn) worden tot expressie gebracht bij het begin van de zygotische genexpressie in de blastula en wordt geactiveerd door Wnt-signalering in het blastula Chordin- en Noggin-expressie (BCNE) centrum.[6][4] Sia en Xtwn kunnen functioneren als homo- of heterodimeren om een geconserveerde P3-plaats te binden binnen het proximale element (PE) van de goosecoid (Gsc) promotor.[6] Wnt-signalering werkt ook samen met mVegT om Xnr5 (Xenopus nodal-related5) up te reguleren, uitgescheiden door het Nieuwkoop centrum, in het binnenste dorso-vegetale gebied, wat vervolgens zal leiden tot aanvullende transcriptiefactoren zoals Xnr1, Xnr2, Gsc, Chordin (chd). Het laatste signaal wordt gemedieerd door Nodale/activine signalering, waardoor transcriptiefactoren worden geïnduceerd, die in combinatie met Sia het cerberus (cer) gen zullen induceren.[4]
Regionale verschillen in genexpressiepatronen worden waargenomen in de knoop van Hensen in het zes-somietstadium. Shh komt sterk tot expressie in de rostrale helft van de knoop van Hensen, zowel dorsaal als ventraal, toekomstige vloerplaat- en chorda dorsaliscellen. In de caudale knoop worden Shh-transcripten geleidelijk minder overvloedig en bevinden ze zich hoofdzakelijk in de meest ventrale cellen, behalve de endodermale cellen.[7]
Daarentegen wordt HNF-3b tot expressie gebracht in de alle cellen die zich in de middenpit bevinden en zich ongeveer 70 mm naar achteren uitstrekken. Zowel Shh- als HNF-3b-transcripten worden aangetroffen in de chorda dorsalis en de vloerplaat rostraal van de knoop, en ze zijn volledig afwezig in de laterale en caudale neurale plaat en de primitiefstreep. In de eigenlijke knoop lijkt het Chordin-expressiepatroon sterk op dat van HNF-3b, maar meer rostraal wordt Chordin niet langer tot expressie gebracht in de vloerplaat, maar voornamelijk in het ventrale deel van de knoop.[7]
Vergelijking van de expressiepatronen van deze verschillende genen en van de cellulaire rangschikking in het knoopgebied leidde tot het definiëren van drie zones. Anterieur (zone a) worden de derivaten van de knoop die HNF-3b en Shh tot expressie brengen (chorda dorsalis en vloerplaat) gescheiden door het vormen van een basaal membraan, maar zijn nauw met elkaar verbonden. In het gebied van de middenpit (zone b) kan de toekomstige vloerplaat worden onderscheiden door een kolomvormige opstelling van zijn cellen. Onder deze vormende epitheellaag zijn de vermoedelijke chorda dorsaliscellen willekeurig en losjes gerangschikt. HNF-3b en Shh komen beide tot expressie in dit gebied, dat het grootste deel van de knoop vormt. Caudaal van de rand van de mediane pit zijn de cellen van de knoop die HNF-3b tot expressie brengen maar niet Shh (zone c) dicht opeengepakt zonder enige epithele rangschikking te vertonen. Interessant is dat de gebieden die HNF-3b en Ch-Tbx6L tot expressie brengen, die respectievelijk de caudale HN en de punt van de primitiefstreep (TPS) vormen, elkaar niet overlappen.[7]
Wanneer de primitiefknoop kleiner begint te worden, creëert het de chorda dorsalis dat FGF4 uitscheidt en migrerende mesodermcellen terug naar de middellijn trekt.
Afbeeldingen bewerken
-
Migratie van epiblastcellen in het zoogdierembryo -
FGF-signalering bij mesodermmigratie bij vogels. 1) FGF8 wordt uitgescheiden in de primitiefstreep en werkt als een afstotend signaal voor de mesodermcellen. Zodra cellen binnendringen, migreren ze naar buiten via chemo-afstoting. 2) Wanneer de primitiefknoop kleiner begint te worden, creëert het de chorda dorsalis dat FGF4 uitscheidt en migrerende mesodermcellen terug naar de middellijn trekt voor de vorming van somieten. -
Vorming organisator en kiembladen van Xenopus-embryo's (bovenste paneel) Het onderste paneel toont de knoop van Hensen (kuikenembryo), embryonaal schild (visembryo) en de primitiefknoop met anterior visceraal endoderm (AVE) (muisembryo) -
Spemann's organizer. ADMP beperkt de grootte van het organisatordomein
_The_lower_panel_shows_the_Hensen%E2%80%99s_node_(Chick_embryo),_embryonic_shield_(Fish_embryo),_and_nodeAVE_(Mouse_embryo)..png)
Bronnen, noten en/of referenties
|
