Innere Zellmasse – Wikipedia

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Frühe embryonale Masse, aus der der Fötus hervorgeht

In der frühen Embryogenese der meisten eutherischen Säugetiere wurde die innere Zellmasse ((ICM;; auch bekannt als die Embryoblast oder Pluriblast) ist die Masse der Zellen im Urembryo, aus der schließlich die endgültigen Strukturen des Fötus entstehen. Diese Struktur bildet sich in den frühesten Entwicklungsschritten, bevor eine Implantation in das Endometrium der Gebärmutter erfolgt ist. Das ICM liegt innerhalb der Blastocoele (genauer gesagt “Blastozystenhöhle” genannt, da es nicht streng homolog zur Blastocoele von Anamniote-Wirbeltieren ist) und ist vollständig von der einzelnen Zellschicht umgeben, die als Trophoblast bezeichnet wird.

Weitere Entwicklung[edit]

Die physikalische und funktionelle Trennung der inneren Zellmasse vom Trophectoderm (TE) ist ein besonderes Merkmal der Säugetierentwicklung und die erste Spezifikation der Zelllinie in diesen Embryonen. Nach der Befruchtung im Eileiter durchläuft der Säugetierembryo eine relativ langsame Spaltungsrunde, um eine achtzellige Morula zu erzeugen. Jede Zelle der Morula, die als Blastomer bezeichnet wird, erhöht den Oberflächenkontakt mit ihren Nachbarn in einem Prozess, der als Verdichtung bezeichnet wird. Dies führt zu einer Polarisation der Zellen innerhalb der Morula, und eine weitere Spaltung ergibt eine Blastozyste von ungefähr 32 Zellen.[1] Bei Mäusen umfassen etwa 12 interne Zellen die neue innere Zellmasse und 20 bis 24 Zellen das umgebende Trophektoderm.[2][3] Es gibt Unterschiede zwischen Säugetierarten hinsichtlich der Anzahl der Zellen bei der Verdichtung mit Rinderembryonen, die Unterschiede in Bezug auf die Verdichtung bereits bei 9-15 Zellen und bei Kaninchen erst nach 32 Zellen zeigen.[4] Es gibt auch Variationen zwischen den Spezies in den Genexpressionsmustern in frühen Embryonen.[5]

Das ICM und das TE erzeugen deutlich unterschiedliche Zelltypen, wenn die Implantation beginnt und die Embryogenese fortgesetzt wird. Trophectoderm-Zellen bilden extraembryonale Gewebe, die eine unterstützende Rolle für den eigentlichen Embryo spielen. Darüber hinaus pumpen diese Zellen Flüssigkeit in das Innere der Blastozyste, wodurch sich eine polarisierte Blastozyste bildet, bei der das ICM an einem Ende am Trophektoderm befestigt ist (siehe Abbildung). Dieser Unterschied in der Zelllokalisation bewirkt, dass die ICM-Zellen, die der Flüssigkeitshöhle ausgesetzt sind, ein primitives Endoderm- (oder Hypoblasten-) Schicksal annehmen, während die verbleibenden Zellen ein primitives Ektoderm- (oder Epiblasten-) Schicksal annehmen. Der Hypoblast trägt zu extraembryonalen Membranen bei, und aus dem Epiblasten entstehen der eigentliche eigentliche Embryo sowie einige extraembryonale Gewebe.[1]

Regulation der Zellspezifikation[edit]

Da die Trennung pluripotenter Zellen der inneren Zellmasse vom Rest der Blastozyste ein wesentlicher Bestandteil der Säugetierentwicklung ist, wurden umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, um die entsprechenden zellulären und molekularen Mechanismen dieses Prozesses aufzuklären. Es besteht ein primäres Interesse daran, dass Transkriptionsfaktoren und Signalmoleküle die asymmetrischen Teilungen von Blastomeren steuern, was zu sogenannten inneren und äußeren Zellen und damit zur Spezifikation der Zelllinien führt. Aufgrund der Variabilität und des regulativen Charakters von Säugetierembryonen sind die experimentellen Beweise für die Feststellung dieser frühen Schicksale jedoch noch unvollständig.[2]

Auf der Transkriptionsebene waren die Transkriptionsfaktoren Oct4, Nanog, Cdx2 und Tead4 alle an der Festlegung und Verstärkung der Spezifikation des ICM und des TE in frühen Mausembryonen beteiligt.[2]

Die frühe apikale und basolaterale Polarisation des Embryos wird im 8-16-Zellstadium nach der Verdichtung hergestellt. Dieser anfängliche Unterschied in der Umgebung verstärkt eine Transkriptionsrückkopplungsschleife entweder in interner oder externer Richtung. In Zellen exprimieren hohe Mengen an 4. Oktober das hält die Pluripotenz aufrecht und unterdrückt Cdx2. Äußere Zellen exprimieren hohe Mengen an Cdx2 was eine TE-Differenzierung verursacht und unterdrückt 4. Oktober.
  • 4. Oktober: 4. Oktober wird im ICM exprimiert und ist an der Aufrechterhaltung seiner Pluripotenz beteiligt, eine Rolle, die in von ICM abgeleiteten embryonalen Stammzellen von Mäusen rekapituliert wurde.[6]4. Oktober Genetische Knockout-Zellen zeigen sowohl in vivo als auch in Kultur morphologische TE-Eigenschaften. Es wurde gezeigt, dass ein Transkriptionsziel von Oct4 das ist Fgf4 Gen. Dieses Gen codiert normalerweise einen vom ICM sekretierten Liganden, der die Proliferation im benachbarten polaren TE induziert.[6]
  • Nanog: Nanog wird auch im ICM ausgedrückt und ist an der Aufrechterhaltung seiner Pluripotenz beteiligt. Im Gegensatz zu 4. Oktober, Studien von Nanog-null Mäuse zeigen nicht die Umkehrung des ICM zu einer TE-ähnlichen Morphologie, zeigen aber diesen Verlust von Nanog verhindert, dass das ICM primitives Endoderm erzeugt.[7]
  • Cdx2: Cdx2 wird im TE stark ausgedrückt und ist für die Aufrechterhaltung seiner Spezifikation erforderlich. Knockout-Mäuse für die Cdx2 Das Gen wird verdichtet, verliert jedoch die TE-Epithelintegrität im späten Blastozystenstadium. Außerdem, 4. Oktober Die Expression wird anschließend in diesen TE-Zellen erhöht, was darauf hinweist, dass Cdx2 eine Rolle bei der Unterdrückung spielt 4. Oktober in dieser Zelllinie. Darüber hinaus können embryonale Stammzellen aus erzeugt werden Cdx2-null Mäuse, was zeigt, dass Cdx2 für die ICM-Spezifikation nicht wesentlich ist.[8]
  • Tead4: Wie Cdx2, Tead4 wird für die TE-Funktion benötigt, obwohl der Transkriptionsfaktor allgegenwärtig exprimiert wird. Tead4– Nullmäuse werden in ähnlicher Weise verdichtet, erzeugen jedoch keinen Blastocoel-Hohlraum. Mögen Cdx2-null Embryonen, die Tead4-Null-Embryonen können embryonale Stammzellen ergeben, was darauf hinweist, dass Tead4 für die ICM-Spezifikation entbehrlich ist.[9] Neuere Arbeiten haben das gezeigt Tead4 kann helfen, Cdx2 im TE hoch zu regulieren, und seine Transkriptionsaktivität hängt vom Coaktivator Yap ab. Die Kernlokalisation von Yap in äußeren Zellen ermöglicht es, zur TE-Spezifität beizutragen, während innere Zellen Yap im Zytoplasma durch ein Phosphorylierungsereignis sequestrieren.[10]

Zusammen wirken diese Transkriptionsfaktoren in einer positiven Rückkopplungsschleife, die die Zuordnung von ICM zu TE-Zellen stärkt. Die anfängliche Polarisation von Blastomeren erfolgt im 8-16-Zellstadium. Eine apikal-basolaterale Polarität ist durch die Visualisierung von apikalen Markern wie Par3, Par6 und aPKC sowie dem Basalmarker E-Cadherin sichtbar.[2] Es wird angenommen, dass die Herstellung einer solchen Polarität während der Verdichtung eine Umweltidentität für innere und äußere Zellen des Embryos erzeugt. Folglich wird die stochastische Expression der obigen Transkriptionsfaktoren in eine Rückkopplungsschleife verstärkt, die äußere Zellen für ein TE-Schicksal und innere Zellen für ein ICM-Schicksal spezifiziert. Im Modell wird eine apikale Umgebung aktiviert Cdx2, das seine eigene Expression durch einen nachgeschalteten Transkriptionsfaktor, Elf5, hochreguliert. In Verbindung mit einem dritten Transkriptionsfaktor, Eomes, unterdrücken diese Gene Pluripotenzgene wie 4. Oktober und Nanog in den äußeren Zellen.[2][8] Somit wird TE spezifiziert und differenziert. In Zellen schalten Sie das jedoch nicht ein Cdx2 Gen und exprimieren hohe Mengen an 4. Oktober, Nanog, und Sox2.[2][3] Diese Gene unterdrücken Cdx2 und die inneren Zellen, die die Pluripotenz aufrechterhalten, erzeugen das ICM und schließlich den Rest des eigentlichen Embryos.

Obwohl diese Dichotomie genetischer Interaktionen eindeutig erforderlich ist, um die Blastomere des Mausembryos sowohl in die ICM- als auch in die TE-Identität zu unterteilen, wird die Initiierung dieser Rückkopplungsschleifen weiterhin diskutiert. Ob sie stochastisch oder durch eine noch frühere Asymmetrie festgestellt werden, ist unklar, und die aktuelle Forschung versucht, frühere Marker für Asymmetrie zu identifizieren. Zum Beispiel korrelieren einige Forschungen die ersten beiden Spaltungen während der Embryogenese in Bezug auf die potenziellen tierischen und pflanzlichen Pole mit der endgültigen Spezifikation. Die asymmetrische Aufteilung der epigenetischen Informationen während dieser ersten beiden Spaltungen sowie die Ausrichtung und Reihenfolge, in der sie auftreten, können zur Position einer Zelle innerhalb oder außerhalb der Morula beitragen.[11][12]

Stammzellen[edit]

Aus dem ICM von Säugetierembryonen isolierte und in Kultur gezüchtete Blastomere werden als embryonale Stammzellen (ES) bezeichnet. Diese pluripotenten Zellen können, wenn sie in einem sorgfältig koordinierten Medium gezüchtet werden, alle drei Keimschichten (Ektoderm, Endoderm und Mesoderm) des erwachsenen Körpers hervorrufen.[13] Beispielsweise ist der Transkriptionsfaktor LIF4 erforderlich, damit Maus-ES-Zellen in vitro erhalten bleiben.[14] Blastomere werden in einer frühen Blastozyste von einem isolierten ICM dissoziiert, und ihr Transkriptionscode wird von bestimmt 4. Oktober, Sox2, und Nanog hilft, einen undifferenzierten Zustand aufrechtzuerhalten.

Ein Vorteil der regulativen Natur, in der sich Säugetierembryonen entwickeln, ist die Manipulation von Blastomeren des ICM, um Knockout-Mäuse zu erzeugen. Bei Mäusen können Mutationen in einem interessierenden Gen retroviral in kultivierte ES-Zellen eingeführt werden, und diese können wieder in das ICM eines intakten Embryos eingeführt werden. Das Ergebnis ist eine chimäre Maus, die sich mit einem Teil ihrer Zellen entwickelt, der das ES-Zellgenom enthält. Das Ziel eines solchen Verfahrens besteht darin, das mutierte Gen so in die Keimbahn der Maus einzubauen, dass seiner Nachkommenschaft eines oder beide Allele des interessierenden Gens fehlen. Genetiker nutzen diese ICM-Manipulationstechnik in großem Umfang, um die Funktion von Genen im Säugetiersystem zu untersuchen.[1][13]

Zusätzliche Bilder[edit]

  • Blastodermisches Vesikel von Vespertilio murinus.

  • Schnitt durch die Embryonalscheibe von Vespertilio murinus.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ ein b c . ISBN 978-0199275373.
  2. ^ ein b c d e f Marikawa, Yusuke et al. Etablierung von Trophectoderm- und inneren Zellmassenlinien im Mausembryo. Molecular Reproduction & Development 76: 1019–1032 (2009)
  3. ^ ein b Suwinska A, Czołowska R, Ozdze_nski W, Tarkowski AK. 2008. Blastomere des Mausembryos verlieren nach der fünften Spaltungsteilung an Totipotenz: Expression von Cdx2 und Oct4 und Entwicklungspotential von inneren und äußeren Blastomeren von 16- und 32-Zell-Embryonen. Dev Biol 322: 133–144.
  4. ^ Koyama et al Analyse der Polarität von Rinder- und Kaninchenembryonen mittels Rasterelektronenmikroskopie Archiviert 23. September 2015 in der Wayback Machine Biol of Reproduction, 50, 163-170 1994
  5. ^ Kuijk, et al Validierung von Referenzgenen für quantitative RT-PCR-Studien in Schweineoozyten und Präimplantationsembryonen BMC Developmental Biology 2007, 7:58 doi: 10.1186 / 1471-213X-7-58
  6. ^ ein b Nichols J., Zevnik B., Anastassiadis K., Niwa H., Klewe-Nebenius D., Chambers I., Scholer H., Smith A. 1998. Die Bildung pluripotenter Stammzellen im Säugetierembryo hängt vom POU-Transkriptionsfaktor Oct4 ab. Cell 95: 379–391.
  7. ^ Rodda DJ, Chew JL, Lim LH, Loh YH, Wang B, Ng HH, Robson P. 2005. Transkriptionsregulation von Nanog durch OCT4 und SOX2. J Biol Chem 280: 24731–24737.
  8. ^ ein b Strumpf D., Mao CA, Yamanaka Y., Ralston A., Chawengsaksophak K., Beck F., Rossant J. 2005. Cdx2 ist für die korrekte Spezifikation des Zellschicksals und die Differenzierung des Trophectoderms in der Maus-Blastozyste erforderlich. Development 132: 2093–2102.
  9. ^ Nishioka N., Yamamoto S., Kiyonari H., Sato H., Sawada A., Ota M., Nakao K., Sasaki H. 2008. Tead4 wird für die Spezifikation des Trophektoderms in Mausembryonen vor der Implantation benötigt. Mech Dev 125: 270–283.
  10. ^ Nishioka N et al. 2009. Die Hippo-Signalwegkomponenten Lats und Yap-Muster Tead4-Aktivität zur Unterscheidung des Maus-Trophektoderms von der inneren Zellmasse. Dev Cell 16: 398–410.
  11. ^ Bischoff, Marcus et al. Bildung der embryonal-abembryonalen Achse der Maus-Blastozyste: Beziehungen zwischen der Orientierung früher Spaltungsunterteilungen und dem Muster symmetrischer / asymmetrischer Teilungen. Development 135, 953 & ndash; 962 (2008)
  12. ^ Jedrusik, Agnieszka et al. Rolle von Cdx2 und Zellpolarität bei der Zellzuordnung und Spezifikation von Trophectoderm und innerer Zellmasse im Mausembryo. Genes Dev. 2008 22: 2692 & ndash; 2706
  13. ^ ein b Robertson, Elizabeth et al. Keimbahnübertragung von Genen, die durch einen retroviralen Vektor in kultivierte Pluripotentialzellen eingeführt wurden. Nature 323, 445 – 448 (2. Oktober 1986)
  14. ^ Smith AG, Heath JK, Donaldson DD, Wong GG, Moreau J, Stahl M und Rogers D (1988) Hemmung der Differenzierung pluripotentieller embryonaler Stammzellen durch gereinigte Polypeptide. Nature, 336, 688–690


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