Развитие и морфогенез конечностей

Развитие конечности — это процесс, при котором почка конечности, вырост мезодермы боковой пластинки, покрытый эктодермой, формируется по трем осям и преобразуется в кости, суставы, мышцы и соединительную ткань узнаваемой конечности. Это классическая модельная система для понимания того, как сигнальные центры формируют развивающийся орган.

Definition

Развитие и морфогенез конечности — это процесс, при котором почка конечности инициируется из мезодермы боковой пластинки и формируется по трем осям взаимодействующими сигнальными центрами для создания пропорциональных скелетных элементов и мягких тканей конечности.

Scope

Тема охватывает инициацию почки конечности, основные сигнальные центры (апикальный эктодермальный гребень и зону поляризующей активности), формирование по проксимодистальной, переднезадней и дорсовентральной осям, а также образование скелетных элементов в конечности. Детальный переход хряща в кость рассматривается в родственной теме о скелете. Это справочно-образовательная анатомия развития.

Core questions

• Как инициируется и позиционируется почка конечности вдоль оси тела?
• Что такое апикальный эктодермальный гребень и зона поляризующей активности, и что они формируют?
• Как координируются три оси конечности?
• Как формируются скелетные элементы конечности внутри почки?

Key concepts

• Рост почки конечности
• Апикальный эктодермальный гребень (проксимодистальная ось)
• Зона поляризующей активности (переднезадняя ось)
• Sonic hedgehog и градиент SHH-GLI3
• Сигнализация FGF
• Дорсовентральное формирование
• Формирование пальцев

Mechanisms

Почка конечности образуется в результате пролиферации мезодермы боковой пластинки под утолщенной эктодермой. Два сигнальных центра доминируют в ее формировании: апикальный эктодермальный гребень на кончике почки, который поддерживает рост и проксимодистальное формирование в основном через сигнализацию FGF, и зона поляризующей активности на заднем крае, которая формирует переднезаднюю (от большого пальца до мизинца) ось через Sonic hedgehog. SHH действует отчасти путем регуляции переработки транскрипционного фактора GLI3 в репрессор, создавая переднезадний градиент репрессора по всей конечности. Дорсовентральные сигналы завершают трехмерную координатную систему, и в этих рамках мезенхимальные конденсации образуют скелет конечности, при этом апоптоз формирует пространства между пальцами.

Clinical relevance

Нарушения сигнализации и формирования конечностей лежат в основе спектра врожденных пороков развития конечностей, включая дефекты числа и идентичности пальцев. Данная статья представляет биологию развития конечности в качестве образовательной основы и не является основанием для индивидуальной диагностики или лечения.

History

Конечность была главной моделью в экспериментальной эмбриологии с тех пор, как классические исследования по трансплантации тканей определили апикальный эктодермальный гребень и зону поляризующей активности. Молекулярная эра идентифицировала Sonic hedgehog как поляризующий сигнал и FGF как сигналы гребня, а затем интегративные анализы объединили их в системную картину органогенеза конечности.

Debates

Как определяется идентичность пальцев?

Вопрос о том, определяется ли идентичность пальцев в основном градиентной концентрацией морфогена, продолжительностью сигнализации или их комбинацией, остается областью активных исследований, при этом система SHH-GLI3 занимает центральное место в обсуждении.

Key figures

• Rolf Zeller
• Aimee Zuniga
• Philip Beachy
• John Fallon
• Cheryll Tickle

Seminal works

• zeller-2009
• wang-2000

Frequently asked questions

Что такое апикальный эктодермальный гребень?

Это утолщенная полоса эктодермы на кончике почки конечности, которая, главным образом через сигнализацию FGF, поддерживает подлежащую мезенхиму и стимулирует рост и проксимодистальное формирование конечности.

Что делает зона поляризующей активности?

Это область на заднем крае почки конечности, которая секретирует Sonic hedgehog и формирует переднезаднюю ось, влияя на количество и идентичность пальцев.