Внутренняя клеточная масса | |
---|---|
Бластоциста с внутренней клеточной массой и трофобластом | |
Детали | |
Стадия Карнеги | 3 |
Дней | 6 |
Предшественник | бластоциста |
Дает начало | эпибласту, гипобласту |
Идентификаторам | |
Латинскому | эмбриобласту; massa cellis interna; pluriblastus Senior |
MeSH | D053624 |
TE | E6.0.1.1.2.0.4 |
FMA | 86557 |
Анатомическая терминология [редактирование в Викиданных ] |
В раннем эмбриогенезе большинства эвтерийских млекопитающих, внутренняя клеточная масса (ICM ; также известная как эмбриобласт или плюрибласт ) - это масса клеток внутри первичного эмбриона, которые в конечном итоге дадут начало дефинитивным структурам плода. Эта структура формируется на самых ранних стадиях развития, до того, как произошла имплантация в эндометрий матки. ICM находится внутри бластоцисты (более правильное название «полость бластоцисты », поскольку она не является строго гомологичной бластоцеле анамниота позвоночных) и полностью окружена одним слоем клеток, называемым трофобласт.
Физическое и функциональное разделение внутренней клеточной массы от трофэктодермы (TE) - это особенность развития млекопитающих и первая спецификация клеточного клона у этих эмбрионов. После оплодотворения в яйцеводе эмбрион млекопитающего подвергается относительно медленному циклу дробления с образованием восьмиклеточной морулы. Каждая клетка морулы, называемая бластомером, увеличивает поверхностный контакт со своими соседями в процессе, называемом уплотнением. Это приводит к поляризации клеток внутри морулы, и дальнейшее расщепление дает бластоцисту примерно из 32 клеток. У мышей около 12 внутренних клеток составляют новую внутреннюю клеточную массу, а 20-24 клеток составляют окружающую трофэктодерму. Между видами млекопитающих существует различие в количестве клеток при уплотнении с эмбрионами крупного рогатого скота, причем различия, связанные с уплотнением, наблюдаются уже в 9-15 клетках, а у кроликов - только после 32 клеток. Существует также межвидовая изменчивость паттернов экспрессии генов у ранних эмбрионов.
ICM и TE будут генерировать совершенно разные типы клеток, когда начинается имплантация и продолжается эмбриогенез. Клетки трофэктодермы образуют экстраэмбриональные ткани, которые играют вспомогательную роль для собственно эмбриона. Кроме того, эти клетки закачивают жидкость внутрь бластоцисты, вызывая образование поляризованной бластоцисты с ICM, прикрепленным к трофэктодерме на одном конце (см. Рисунок). Это различие в клеточной локализации приводит к тому, что клетки ICM, экспонируемые в жидкой полости, принимают судьбу примитивной энтодермы (или гипобласта), тогда как остальные клетки принимают судьбу примитивной эктодермы (или эпибласта). гипобласт участвует во внеэмбриональных мембранах, а эпибласт дает начало собственно конечному эмбриону, а также некоторым экстраэмбриональным тканям.
Поскольку сегрегация плюрипотентных клеток внутренней клеточной массы от остальной части бластоцисты является неотъемлемой частью развития млекопитающих, были выполнены значительные исследования для выяснения соответствующих клеточных и молекулярных механизмов этого процесса. Основной интерес представляет то, какие факторы транскрипции и сигнальные молекулы направляют асимметричные деления бластомеров, приводящие к так называемым внутренним и внешним клеткам и, следовательно, к спецификации клеточного клона. Однако из-за изменчивости и регулирующей природы эмбрионов млекопитающих экспериментальные доказательства установления этих ранних судеб остаются неполными.
На уровне транскрипции все факторы транскрипции Oct4, Nanog, Cdx2 и Tead4 участвуют в установление и усиление спецификации ICM и TE в ранних эмбрионах мыши.
Ранняя апикальная и базолатеральная поляризация эмбриона устанавливается на стадии 8-16 клеток после уплотнения. Это начальное различие в окружающей среде усиливает петлю транскрипционной обратной связи во внутреннем или внешнем направлении. Внутри клетки экспрессируются высокие уровни Oct4, который поддерживает плюрипотентность и подавляет Cdx2. Внешние клетки экспрессируют высокие уровни Cdx2, который вызывает дифференцировку TE и подавляет Oct4.Вместе эти факторы транскрипции функционируют в петле положительной обратной связи, которая усиливает ICM к выделению сотовой связи TE. Первоначальная поляризация бластомеров происходит на стадии 8-16 клеток. Апикально-базолатеральная полярность видна при визуализации апикальных маркеров, таких как Par3, Par6 и aPKC, а также базального маркера E-Cadherin. Считается, что установление такой полярности во время уплотнения создает экологическую идентичность для внутренних и внешних клеток эмбриона. Следовательно, стохастическая экспрессия вышеупомянутых факторов транскрипции усиливается в петлю обратной связи, которая определяет внешние клетки к судьбе TE и внутри клеток к участи ICM. В этой модели апикальная среда включает Cdx2, который активирует свою собственную экспрессию с помощью расположенного ниже транскрипционного фактора Elf5. Вместе с третьим фактором транскрипции, Eomes, эти гены действуют, подавляя гены плюрипотентности, такие как Oct4 и Nanog, во внешних клетках. Таким образом, TE становится конкретным и дифференцируется. Однако внутренние клетки не включают ген Cdx2 и экспрессируют высокие уровни Oct4, Nanog и Sox2. Эти гены подавляют Cdx2, а внутренние клетки поддерживают плюрипотентность, генерируя ICM и, в конечном итоге, сам остальной эмбрион.
Хотя эта дихотомия генетических взаимодействий явно необходима для разделения бластомеров эмбриона мыши на идентичности ICM и TE, инициация этих петель обратной связи остается предметом обсуждения. Неясно, установлены ли они стохастически или через еще более раннюю асимметрию, и текущие исследования направлены на выявление более ранних маркеров асимметрии. Например, некоторые исследования коррелируют первые два расщепления во время эмбриогенеза по отношению к предполагаемым животным и вегетативным полюсам с окончательной спецификацией. Асимметричное разделение эпигенетической информации во время этих первых двух расщеплений, а также ориентация и порядок, в котором они происходят, могут способствовать положению клетки внутри или вне морулы.
Бластомеры изолированные из ICM эмбрионов млекопитающих и выращенные в культуре, известны как эмбриональные стволовые (ES) клетки. Эти плюрипотентные клетки при выращивании в тщательно скоординированной среде могут давать начало всем трем зародышевым листкам (эктодерме, энтодерме и мезодерме) взрослого тела. Например, фактор транскрипции LIF4 необходим для поддержания in vitro мышиных ES-клеток. Бластомеры отделены от изолированной ICM в ранней бластоцисте, и их транскрипционный код, управляемый Oct4, Sox2 и Nanog, помогает поддерживать недифференцированное состояние.
Одним из преимуществ регулирующего характера, при котором развиваются эмбрионы млекопитающих, является манипулирование бластомерами ICM для образования мышей с нокаутом. У мышей мутации в интересующем гене могут быть введены ретровирусным путем в культивируемые ES-клетки, и они могут быть повторно введены в ICM интактного эмбриона. В результате получается химерная мышь, которая развивается с частью своих клеток, содержащих геном ES-клеток. Целью такой процедуры является включение мутированного гена в зародышевую линию мыши таким образом, чтобы в его потомстве не было одного или обоих аллелей интересующего гена. Генетики широко используют эту технику манипуляции с ICM при изучении функции генов в системе млекопитающих.
Бластодермический пузырек Vespertilio murinus.
Разрез эмбрионального диска Vespertilio murinus.