Hình thành Trục và Sơ đồ Cơ thể

Cách phôi thiết lập các trục đầu-đuôi, lưng-bụng và trái-phải, tạo nên hệ tọa độ mà toàn bộ sơ đồ cơ thể được xây dựng dựa trên đó.

Definition

Hình thành trục là sự xác định trong quá trình phát triển của các trục cơ thể chính — trước-sau, lưng-bụng và trái-phải — định nghĩa hệ tọa độ của phôi; sơ đồ cơ thể là sự sắp xếp tổng thể của các trục chính, các đoạn và các vùng mà từ đó các cơ quan phát triển.

Scope

Chủ đề này bao gồm việc xác định các trục cơ thể trước-sau, lưng-bụng và trái-phải, vai trò của các trung tâm tổ chức như trung tâm tổ chức lưng của động vật lưỡng cư, các yếu tố quyết định của mẹ và gradient tín hiệu khởi tạo các trục, cũng như cách thông tin trục định hướng cho việc tạo mẫu vùng sau này. Nó kết nối phôi học cấy ghép cổ điển với logic phân tử của morphogen và các yếu tố phiên mã.

Core questions

• Trục đầu-đuôi được thiết lập và định hướng như thế nào?
• Mặt lưng và mặt bụng của phôi được phân biệt như thế nào?
• Trung tâm tổ chức là gì, và nó có thể tạo ra một trục cơ thể như thế nào?
• Sự bất đối xứng trái-phải được tạo ra như thế nào để các cơ quan nội tạng được đặt đúng vị trí?

Key theories

Trung tâm tổ chức phôi

Một vùng tín hiệu chuyên biệt — điển hình là môi lưng của động vật lưỡng cư — có thể kích thích mô xung quanh hình thành một trục cơ thể thứ cấp hoàn chỉnh, chứng tỏ rằng các nguồn tín hiệu cục bộ tổ chức sơ đồ cơ thể.

Hệ thống phân cấp di truyền của tạo mẫu trục

Trong phôi ruồi, các gradient của mẹ kích hoạt một chuỗi các gen gap, pair-rule và segment-polarity, dần dần phân chia trục trước-sau, cung cấp một mô hình về cách các gen xây dựng sơ đồ cơ thể.

Mechanisms

Các trục cơ thể thường được khởi tạo bởi các yếu tố quyết định của mẹ được định vị bất đối xứng và bởi các sự kiện phá vỡ đối xứng như vị trí tinh trùng xâm nhập hoặc sự sắp xếp lại tế bào chất. Những tín hiệu này thiết lập các trung tâm tín hiệu tiết ra morphogen, tạo ra các gradient được giải thích là thông tin vị trí. Trong trục trước-sau của ruồi, các gradient của mẹ kích hoạt một hệ thống phân cấp các gen gap, pair-rule, segment-polarity và homeotic, dần dần tinh chỉnh mẫu hình. Sự tạo mẫu lưng-bụng được định hình bởi các con đường tín hiệu đối lập, và sự bất đối xứng trái-phải phát sinh từ các quá trình tế bào có hướng làm lệch sự biểu hiện của các gen laterality, đảm bảo vị trí nhất quán của các cơ quan nội tạng.

Clinical relevance

Các khiếm khuyết trong việc xác định trục và sự bất đối xứng dẫn đến các rối loạn về đối xứng cơ thể và vị trí cơ quan, và nhiều con đường tín hiệu tương tự cũng liên quan đến bệnh tật khi được tái hoạt động một cách bất thường. Mục này mang tính giáo dục và không nhằm mục đích hướng dẫn lâm sàng.

History

Thí nghiệm về trung tâm tổ chức của Spemann và Mangold vào những năm 1920 đã chỉ ra rằng một vùng nhỏ của phôi có thể tạo ra một trục cơ thể hoàn chỉnh. Khung thông tin vị trí của Wolpert và việc phân tích di truyền có hệ thống về tạo mẫu trục ở Drosophila của Nüsslein-Volhard, Wieschaus và Lewis đã tiết lộ các hệ thống gen xây dựng sơ đồ cơ thể.

Key figures

• Hans Spemann
• Hilde Mangold
• Lewis Wolpert
• Christiane Nüsslein-Volhard
• Edward B. Lewis

Seminal works

• wolpert1969
• nussleinvolhard1980
• gilbert2016

Frequently asked questions

Trung tâm tổ chức phôi là gì?

Đó là một vùng của phôi sớm mà khi được cấy ghép, có thể kích thích các tế bào lân cận hình thành một trục cơ thể thứ hai — lần đầu tiên được chứng minh ở động vật lưỡng cư bởi Spemann và Mangold.

Làm thế nào một phôi phân biệt được trái và phải?

Các quá trình tế bào có hướng sớm trong quá trình phát triển làm lệch hoạt động của các gen laterality ở một bên, điều này thiết lập vị trí trái-phải nhất quán của các cơ quan nội tạng như tim.