Körperachsen, Links-Rechts-Asymetrie. Differenzierung des Mesoderms. Semmelweis Universität Institut für Humanmorphologei und Entwicklungsbiologie 1. Jahrgang 1. Semester Vorlesung No. 24, 31.10.2012 Dávid Csaba

Körperachsen

Furchung Zygote +Polkörperchen 2 Zellen +Polkörperchen 8 Zellen Blastozyst -Embryoblast (inner cell mass , ICM) -Trophoblast -Blastozöl Achsen: ICM – Blastozöl: embryonaler Pol– abembryonaler Pol 2. Polkörperchen: animaler Pol – vegetaler Pol

Polarität der Furchung Eintrittstelle des Spermiums (Spermium entry point,SEP) nicht zufällig, normalerweise dem 2. Polkörperchen gegenüber definiert: die Ebene der erste Teilung den Takt der 2. Teilung PID preimplantációs diagnosztika 8 sejtes állapotig mehet

Schicksal der Blastomeren

„It is not birth, marriage, or death, but gastrulation, which is truly the most important time in your life.” LEWIS WOLPERT Gastrulation definiert die Körperachsen bildet Keimblätter (Ektoderm, Mesoderm, Entoderm) gastrulation

Gastrulation definiert die endgültigen Körperachsen ICM -> Epiblast + Hypoblast dorsal ventral Aminionhöhle sekundärer Dottersack Dorsalisationssignal: BMP Ventralisationssignal: SHH

Gastrulation definiert die endgültigen Körperachsen Entstehen des Primitvstreifens Signal von posterior marginal Zone: Wnt, Vg1 Nodal Expression hoch-, BMP Expression herunterreguliert Brachyury , Goosecoid (Transcriptionsfaktoren der Zellen des entstehenden Primitvstreifen) Hemmung : Crescent, DKK1, Cerberus

Gastrulation definiert die endgültigen Körperachsen Primitivstreifen -> caudal Prächordalplatte ->cranial Aber: die rechte und linke Körperhälfte sind noch symmetrisch Prächordalplatte geschnittener Rand des Amnions Wand des Dottersacks Primitiv- streifen

Rechts-Links-Asymetrie Situs inversus Situs solitus

Asymetrische Verteilung der Transkriptionsfaktoren und Signalmoleküle links: SHH, Nodal, Pitx2, Lefty rechts: BMP4, FGF8, Snai1, WT1, TBX18 A right-sided pathway involving FGF8/Snai1 controls asymmetric development of the proepicardium in the chick embryo. Schlueter J, Brand T.; Proc Natl Acad Sci U S A. 2009 May 5; 106(18): 7485-90. Epub 2009 Apr 13. PMID: 19365073

Störungen der Rechts-Links-Asymetrie Durch Mutation in Transkriptionsfaktor-Gene Durch Kinoziliumdefekt Primary ciliary dyskinesia (PCD, oder Kartagener Syndrom) DNAH5 und DNAH11 (auf Chromosom 5, kodieren für Untereinheiten des Dynein-Komplexes) sind betroffen Symptomen: -chronische Bronchitis, Sinusitis -Situs inversus -Fertilitätsprobleme Warum?

Wie steuern Kinozielien die Genexpression?

Wie steuern Kinozielien die Genexpression? Morphogen sweeping: Asymmetrische Verteilung der Signalmoleküle Mechanosensory cilia öffnen Ca2+-Kanäle und initiieren die Transkription der seitenspezifischen Gene

Beibehaltung der asymmetrischen Verteilung der Signalmoleküle Primitiv-knoten lefty-1 Magen Milz Herz Lunge nodal Pitx-2 Shh, RS, FGF-8 Zilienbewegung (von rechts nach links) Darm Beibehaltung der asymmetrischen Verteilung der Signalmoleküle lefty-1 verhindert die Diffusion von Nodal und Pitx-2 von links nach rechts

Differenzierung des Mesoderms

Differenzierung des Mesoderms Primitivknoten Primitivstreifen Zellmigration

Migration der Epiblastzellen FGF8 downreguliert die Expression des E-Cadherins ohne E-Cadherin, die Zellen können ihre Kontakte mit der Nachbarzellen nicht erhalten, sie migrieren durch dem Primitivstreifen und bilden das Entoderm und das Mesoderm migrierende Zellen exprimieren Hyaluronsäure, die eine Hülle um die Zellen whärend der Wanderung bildet FGF8-mutante Maus: die Epiblast Zellen migrieren nicht, Entoderm und Mesoderm wird nicht geformt

Differenzierung des Mesoderms paraxiales Mesoderm (Somiten, Urwirbel, Stammplatten-Mesoderm) Membrana buccopharyngea Kopffortsatz intermediäres Mesoderm (Somitenstiel, Nephrotom) Seitenplatten-Mesoderm (Somatopleura und Splanchnopleura) Primitivknoten extraembryonales Mesoderm Primitivstreifen

Dreikeimblättriger Embryo Amnion Ektoderm Chorda dorsalis Mezoderm Entoderm Dottersack Querschnitt

Mediolaterale Aufteilung des Mesoderms völlig segmentiert paraxialies Mezoderm teilweise segmentiert intermediäres Mezoderm nicht segmentiert Seitenplattenmesoderm ursprünglich nicht segmentiert axialies Mezoderm (Chorda dorsalis) Querschnitt

Somit (paraxiales Mesoderm) Oberflächenektoderm Neuralrohr Somit (paraxiales Mesoderm) intermediäres Mesoderm Seitenplatten-mesoderm Chorda dorsalis Entoderm Somatopleura Darmrohr Splanchnopleura Zölom

Mediolaterale Aufteilung und longitudinale Segmentierung des Mesoderms völlig segmentiert paraxiales Mezoderm intermediäres Mezoderm (caudal) Neuralrohr teilweise segmentiert axiales Mezoderm (Chorda dorsalis) ursprünglich nicht segmentiert Seitenplattenmesoderm nicht segmentiert intermediäres Mezoderm (cranial) Darmrohr Seitenansicht nach der Gastrulation und Neurulation teilweise segmentiert

Zusammenfassung der Segmentierung des Mesoderms Embryoblast Hypoblast Epiblast Ektoderm Mesoderm Extraembryonales Mesoderm Entoderm Intraembryonales Mesoderm Chorion (mit dem Trophoblast zusammen) Seitenplattenmesoderm axiales Mezoderm (Chorda dorsalis) intermediäres Mezoderm paraxialies Mezoderm Sklerotom Urogenitalapparat Dermatom Nucleus pulposus Myotom

Differentierung des paraxialen Mesoderms Dermatom -> Bindegewebe der Haut Myotom -> Muskulatur des Rumpfes und teilweise der Extremitäten Sklerotom -> Skelettelemente des Rumpfes

Differentierung des Seitenplattenmesoderms Splanchnopleura Somatopleura Skelettelemente der Extremitäten Parietalblatt der serösen Häute Visceralblatt der serösen Häute Kreislaufsorgane Blut Muskeln und Bidegewebe des Magen-Darm-Trakts und des Atmungssystems Muskeln der Extremitäten