Tidlig udvikling - vertebrater

Transkript

1 Tidlig udvikling - vertebrater Ubefrugtet Befrugtet 1 dags inkubation Discoidal Meroblastic Cleavage in a Chick Egg Dannelse af to-laget blastoderm ved delamination På æglægningstidspunkt celler i blastoderm. Kløvning og initial gastrulation fører til to-laget blastoderm: epiblast og hypoblast sammenholdt i marginalzonen af area opaca. (endoblast) Mellem disse to lag dannes blastocoel. Embryo udvikles udelukkende fra epiblast. Hypoblast giver ophav til dele af eksterne membraner, f. eks. blommesækken. 1

2 Primitivstriben Hovedkarakteristikum for gastrulation hos fugle, reptiler og mammaler. Dannes fra en fortykning af epiblasten i posterior marginalregionen, og efterhånden uddybes til primitivfuren, hvorigennem migrerende celler passerer ind i blastocoelet (analog til blastoporen: amfibier). Primitivstriben og Hensens knude Fortykning af epiblastregionen initieres af forhøjelse af celler, som danner centrum i primitivstriben. Cellerne omkring centrum bliver afrundede og motile, og nedbryder ECM. Konvergent ekstension ansvarlig for fortsat udvikling af -striben: Fordobling af længde følges af halvering af bredde. Efterhånden som celler konvergerer for at danne striben, opstår en fordybning i midten: primitivfuren. Primitivstriben og Hensens knude De første celler, der passerer gennem primitivstriben til blastocoelet, er epiblast-deriverede endodermale precursors. Disse undergår EMT, og -striben forlænges bl. a. ved celledeling mod fremtidig hovedregion, og nogle af cellerne indgår i dannelsen af Hensens knude. I den anteriore del af primitivstriben opstår en lille forhøjning, primitivknuden/hensen s knude, der omgiver en lille fordybning, primitivgruben, som er passagevej ind til blastocoelet. Samtidig fortsætter de sekundære hypoblastceller anterior migration. Cell Movements of the Primitive Streak of the Chick Embryo Celler, der migrerer gennem anterior del af primitivstriben, og fortsætter fremad danner fortarm, hovedets mesoderm og notochord, hvorved midtlinien af epiblasten skubbes opad og danner hovedets fremspring (head process). 3-4 t Celler, der migrerer gennem posterior del giver ophav til størstedelen af endodermalt og mesodermalt væv. 7-8 t Ingression af endodermale precursors, som undergår EMT. Deling og ekstension. 2

3 19-22 t 15-16t Migration of Endodermal and Mesodermal Cells Through the Primitive Streak t 4-somit stadium Neurulation Prechordalpladen Notochord Notochord Somiter Intermediær mesoderm Lateralplade mesoderm Migration of Endodermal and Mesodermal Cells Through the Primitive Streak 24 timers embryo (Max. længde af primitivstribe) The different layers and organs that are already beginning to develop are colored and labeled.the three basic embryonic germ layers are ectoderm (blue), mesoderm (red) and endoderm (yellow). The purple notochord is the embryonic axis where the spinal column will be. The blue neural tube will become the brain and nervous system. The yellow gut will become the digestive tract, and the red somites will become muscle and skeleton. 3

4 Chick Gastrulation Hours After Fertilization I næste fase af gastrulationen (> 24 h) ses fortsat mesodermal ingression, samt regression af primitivstriben, hvorved Hensens knude skubbes mod posterior ende, og fører til dannelse af analregion. Når dette sker, er alle fremtidige endodermale og mesodermale celler indeni embryo, og epiblasten består udelukkende af ektodermceller. 24 h Max. primitivstribe 25 h 2 somiter, regression Chick Gastrulation Hours After Fertilization Chick Gastrulation Hours After Fertilization 27 h, 4 somiter 28 h Ved slutning af gastrulation: Ektoderm omslutter nu blommen (v. h. a. epiboli). Endoderm har erstattet hypoblasten. Mesoderm er lejret mellem ektoderm og endoderm. 4

5 Primitivknuden Formation of Hensen s Node From Koller s Sickle Ekvivalent til dorsal blastopore lip (amfibier). Region som danner chordamesoderm/ notochord. Region, som kan organisere en anden embryonal akse, hvis transplanteret til andre steder i gastrula. Celler i knuden secernerer chordin, Noggin og Nodal proteiner, som er antagonister til BMP. Anterior celler (grønne) danner Hensens knude og notochordderivater. Induction of a New Embryo by Transplantation of Hensen s Node Induction of a New Embryo by Transplantation of Hensen s Node Neural induktion ved hæmning af BMP signalering Vertebrater: Dorsal mesoderm kan inducere dannelse af CNS i overliggende ektoderm. Hensen s knude og derivater secernerer BMP antagonist-proteiner. Specification of the Chick Anterior-Posterior Axis by Gravity Notochord og svælg endoderm Begrænses til non-neural ektoderm FGF Konversion af radial symmetrisk blastoderm til bilateral symmetrisk struktur: rotationer/time fordeler blomme, så de lettere komponenter ligger under den ene side af blastoderm = primitivstribens udgangspunkt. 5

6 Na +, H 2 O - 25 mv + dorsal ventral ph 9,5 ph 6,5 Højre-venstre akse Højre-venstre orientering reguleres hovedsageligt af to proteiner: den parakrine faktor, Nodal og transkriptionsfaktoren, Pitx2. Når primitivstriben har max. længde, hæmmes transkription af sonic hedgehog i højre side af embryo. Pathway for Left-Right Asymmetry in the Chick Embryo Pathway for Left-Right Asymmetry in the Chick Embryo cerberus mrna set ventralt nodal mrna set dorsalt pitx mrna set ventralt Tidlig udvikling hos mammaler 6

7 Development of a Human Embryo From Fertilization to Implantation Kløvning adskiller sig ved: Hastighed: h mellem hver, dvs. langsom Orientering Early Cleavage in (A) Echinoderms and Amphibians and (B) Mammals Kløvning adskiller sig ved: Hastighed: h mellem hver, dvs. langsom Orientering Asynkroni i tidlige delinger, dvs. ikke alle blastomerer deler sig samtidigt Genomet er aktivt under kløvning (mus og ged, skift fra maternal til zygotisk kontrol på 2-cellestadiet, hos os ved 4-8-cellestadiet). Compaction Rotational cleavage SEMs of (A) Uncompacted and (B) Compacted 8- cell Mouse Embryos The Cleavage of a Single Mouse Embryo In Vitro morula blastocyst Tight junctions ml. ydre Gap junctions ml. indre Indre cellemasse => embryo (+blommesæk, allantois, amnion) Yderste cellemasse => trofoblast (choriondel af placenta) 7

8 Kløvning adskiller sig ved: Hastighed: h mellem hver, dvs. langsom Orientering Asynkroni i tidlige delinger, dvs. ikke alle blastomerer deler sig samtidigt Genomet er aktivt under kløvning Compaction Blastocystdannelse: Trofoblaster secernerer væske ind i morula og danner blastocoel v. h. a. Na+/K+-ATPase i membran, der vender ind mod lumen. The Cleavage of a Single Mouse Embryo In Vitro Blastocyst: Organisering med ICM i den ene side af ring af trofoblastceller er et karakteristikum for pattedyr. ICM udtrykker Oct4, Stat3 og Nanog. Hatching From the Zona And Implantation of the Mammalian Blastocyst The Derivation of Tissues in Human and Rhesus Monkey Embryos Zona pellucida er essentiel for binding af spermier ved befrugtning. Hindrer desuden binding af tidlig embryo til æggelederens væg. Indre cellemasse danner nedre lag: hypoblast, og det resterende: epiblast, d.v.s. den bilaminære kimskive. Tissue Formation in the Human Embryo Between Days 7 and 11 Hypoblastceller delaminerer og beklæder blastocoelhulen, hvorved de giver ophav til ekstraembryonal endoderm, som danner blommesækken. Epiblastlag deles i embryonal epiblast og amnionektoderm, der beklæder amnionhulen, som efterfølgende fyldes med amnionvæske. 8

9 implantation.mov Trofoblast giver ophav til cytotrofoblast og syncytiotrofoblast, som kontaktes af maternale blodkar, og ekstraembryonal mesoderm dannes (=> navlestreng). Amnion Structure and Cell Movements During Human Gastrulation Human Gastrulation Gastrulation starter i posterior ende af embryo, hvor knuden dannes. Mesoderm og endoderm dannes ved migration gennem primitivstriben (som hos fugle). Migrerende epiblastceller undergår EMT, d.v.s. nedregulerer E-cadherin, og migrerer som individuelle celler (som hos fugle). Celler, som migrerer gennem knuden giver ophav til det første, primitive skelet, notochorden (som hos fugle). Celler, der danner notochord, bliver integreret i endoderm af den primitive tarm. Relationship of the Chorionic Villi to the Maternal Blood Supply Fuldt udviklet ekstraembryonalt organ, bestående af trofoblastvæv, og mesoderm med dets indhold af blodkar kaldes chorion, fusionerer med livmodervæggen til placenta. 9

10 Human Embryo and Placenta after 50 Days of Gestation Fastlæggelse af akser - mammaler Midsagittal plan d 7 Axis formation in the Mouse 2 signalerende centre i hhv. knuden og i anterior visceral endoderm (AVE). Position reguleres af interaktion mellem epiblast og ekstraembryonale membraner. Anterior-posterior AVE etableres før knuden. AVE og knuden samarbejder om dannelse af anterior del af embryo. Primitivstriben dannes altid i epiblasten i modsat side af AVE. Dannelse af knude afhængig af trofoblasten, som inducerer epiblast til knudedannelse. Knuden (ej Ave) producerer Chordin: hovedets fremspring og notochord, derefter Noggin. AVE begrænser formentlig Nodal signal, så gener, der styrer dannelse af hoved udtrykkes anteriort i epiblasten. Expression of BMP Antagonists in the Mammalian Node Specifikation af anterior-posterior akse chordin i knuden og aksial mesoderm Hos alle vertebrater specificeres polariteten af anterior-posterior aksen af Hox-gener. Ét Hox-genkompleks hos Drosophila, 4 hos mammaler (formentlig ved genduplikation). Hox-gener udtrykkes langs den dorsale akse, og hver gruppe af paraloge grupper specificerer en given region. wt chordin KO chordin/noggin KO 10

11 Evolutionary Conservation of Homeotic Gene Organization and Transcriptional Expression Mouse and Chick Vertebral Pattern along the Anterior-Posterior Axis Mus og kylling lige mange hvirvler, men fordeling forskellig. Hox-genekspression bestemmende for type. Left-Right Asymmetry in the Developing Human Højre-venstre akse To niveauer: Et overordnet ( globalt ) niveau og et organspecifikt niveau. Mutation i inv, inversion of embryonic turning, fører til udvikling af asymmetriske organer i modsat side. Mutation i iv, situs inversus viscerum, randomiserer anlæg af asymmetriske organer. Højre og venstre side grundlægges i ciliecellerne i knuden, som dirigerer væskeflow fra højre mod venstre. Figure 11.49(2) Situs Formation in Mammals Situs Formation in Mammals OBS! Fgf8 specificerer højre side hos fugle, men venstre hos pattedyr. 11