การพัฒนาและการก่อร่างของรยางค์

การพัฒนารยางค์เป็นกระบวนการที่ตุ่มรยางค์ (limb bud) ซึ่งเป็นส่วนที่ยื่นออกมาจากมีโซเดิร์มแผ่นข้าง (lateral plate mesoderm) ที่ปกคลุมด้วยเอ็กโทเดิร์ม (ectoderm) ถูกกำหนดรูปแบบตามแนวแกนสามแกน และพัฒนาไปเป็นกระดูก ข้อต่อ กล้ามเนื้อ และเนื้อเยื่อเกี่ยวพันของรยางค์ที่สามารถจดจำได้ ถือเป็นระบบแบบจำลองคลาสสิกสำหรับการทำความเข้าใจว่าศูนย์ส่งสัญญาณกำหนดรูปแบบอวัยวะที่กำลังพัฒนาได้อย่างไร

Definition

การพัฒนาและการก่อร่างของรยางค์คือกระบวนการที่ตุ่มรยางค์เริ่มต้นจากมีโซเดิร์มแผ่นข้างและถูกกำหนดรูปแบบตามแนวแกนสามแกนโดยศูนย์ส่งสัญญาณที่ทำงานร่วมกัน เพื่อสร้างองค์ประกอบโครงกระดูกและเนื้อเยื่ออ่อนของรยางค์ที่มีสัดส่วนที่เหมาะสม

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการเริ่มต้นของตุ่มรยางค์ ศูนย์ส่งสัญญาณหลัก (สันเอ็กโทเดิร์มส่วนปลายและเขตกิจกรรมการสร้างขั้ว) การกำหนดรูปแบบตามแนวแกนใกล้-ไกล (proximodistal) หน้า-หลัง (anteroposterior) และหลัง-ท้อง (dorsoventral) และการก่อตัวขององค์ประกอบโครงกระดูกภายในรยางค์ การเปลี่ยนจากกระดูกอ่อนเป็นกระดูกอย่างละเอียดจะกล่าวถึงในหัวข้อโครงกระดูกที่เกี่ยวข้อง นี่คือกายวิภาคศาสตร์พัฒนาการเชิงการศึกษาอ้างอิง

Core questions

• ตุ่มรยางค์เริ่มต้นและถูกจัดวางตามแนวแกนของร่างกายได้อย่างไร?
• สันเอ็กโทเดิร์มส่วนปลายและเขตกิจกรรมการสร้างขั้วคืออะไร และพวกมันกำหนดรูปแบบอะไร?
• แกนทั้งสามของรยางค์ประสานงานกันได้อย่างไร?
• องค์ประกอบโครงกระดูกของรยางค์มีรูปร่างภายในตุ่มได้อย่างไร?

Key concepts

• การเจริญเติบโตของตุ่มรยางค์
• สันเอ็กโทเดิร์มส่วนปลาย (แกนใกล้-ไกล)
• เขตกิจกรรมการสร้างขั้ว (แกนหน้า-หลัง)
• Sonic hedgehog และการไล่ระดับ SHH-GLI3
• การส่งสัญญาณ FGF
• การกำหนดรูปแบบหลัง-ท้อง
• การก่อตัวของนิ้ว

Mechanisms

ตุ่มรยางค์ก่อตัวขึ้นเมื่อมีโซเดิร์มแผ่นข้างเพิ่มจำนวนภายใต้เอ็กโทเดิร์มที่หนาขึ้น ศูนย์ส่งสัญญาณสองแห่งมีบทบาทสำคัญในการกำหนดรูปแบบ: สันเอ็กโทเดิร์มส่วนปลาย (apical ectodermal ridge) ที่ปลายตุ่ม ซึ่งช่วยส่งเสริมการเจริญเติบโตและการกำหนดรูปแบบใกล้-ไกล ส่วนใหญ่ผ่านการส่งสัญญาณ FGF และเขตกิจกรรมการสร้างขั้ว (zone of polarising activity) ที่ขอบด้านหลัง ซึ่งกำหนดรูปแบบตามแนวแกนหน้า-หลัง (จากนิ้วหัวแม่มือถึงนิ้วก้อย) ผ่าน Sonic hedgehog (SHH) SHH ทำงานบางส่วนโดยการควบคุมการประมวลผลของปัจจัยการถอดรหัส GLI3 ให้เป็นตัวยับยั้ง ซึ่งสร้างการไล่ระดับของตัวยับยั้งจากหน้าไปหลังทั่วทั้งรยางค์ สัญญาณจากหลังไปท้องจะทำให้ระบบพิกัดสามแกนสมบูรณ์ และภายในกรอบนี้ การรวมตัวของมีเซนไคม์จะสร้างโครงกระดูกของรยางค์ โดยมีการตายของเซลล์แบบอะพอพโทซิส (apoptosis) เพื่อสร้างช่องว่างระหว่างนิ้ว

Clinical relevance

ความผิดปกติของการส่งสัญญาณและการกำหนดรูปแบบของรยางค์เป็นสาเหตุของความผิดปกติแต่กำเนิดของรยางค์หลายชนิด รวมถึงความบกพร่องในจำนวนและเอกลักษณ์ของนิ้ว ข้อมูลนี้เสนอชีววิทยาพัฒนาการของรยางค์เพื่อเป็นพื้นฐานทางการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

History

รยางค์เป็นแบบจำลองชั้นนำในสาขาคัพภวิทยาเชิงทดลองมาตั้งแต่การศึกษาการปลูกถ่ายเนื้อเยื่อแบบคลาสสิกที่กำหนดสันเอ็กโทเดิร์มส่วนปลายและเขตกิจกรรมการสร้างขั้ว ยุคโมเลกุลได้ระบุ Sonic hedgehog ว่าเป็นสัญญาณการสร้างขั้ว และ FGFs เป็นสัญญาณของสัน และการวิเคราะห์แบบบูรณาการได้รวมสิ่งเหล่านี้เข้าด้วยกันเป็นภาพรวมระดับระบบของการก่อกำเนิดอวัยวะรยางค์

Debates

เอกลักษณ์ของนิ้วถูกกำหนดอย่างไร?

ไม่ว่าเอกลักษณ์ของนิ้วจะถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของมอร์โฟเจนที่ไล่ระดับ โดยระยะเวลาของการส่งสัญญาณ หรือโดยการรวมกันของทั้งสองอย่าง ยังคงเป็นประเด็นที่อยู่ระหว่างการศึกษาอย่างต่อเนื่อง โดยมีระบบ SHH-GLI3 เป็นศูนย์กลางของการอภิปราย

Key figures

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

Seminal works

• zeller-2009
• wang-2000

Frequently asked questions

สันเอ็กโทเดิร์มส่วนปลายคืออะไร?

เป็นแถบเอ็กโทเดิร์มที่หนาขึ้นที่ปลายตุ่มรยางค์ ซึ่งส่วนใหญ่ผ่านการส่งสัญญาณ FGF จะช่วยบำรุงมีเซนไคม์ที่อยู่ข้างใต้ และขับเคลื่อนการเจริญเติบโตและการกำหนดรูปแบบใกล้-ไกลของรยางค์

เขตกิจกรรมการสร้างขั้วทำหน้าที่อะไร?

เป็นบริเวณที่ขอบด้านหลังของตุ่มรยางค์ที่หลั่ง Sonic hedgehog และกำหนดรูปแบบตามแนวแกนหน้า-หลัง ซึ่งมีอิทธิพลต่อจำนวนและเอกลักษณ์ของนิ้ว