Войти
The Spemann -Мангольд-организатор представляет собой группу клеток, которые отвечают за индукцию нервных тканей во время развития у амфибий эмбрионов. Впервые описанное в 1924 году Гансом Спеманом и Хильдой Мангольд, введение организатора предоставило доказательства того, что на судьбу клеток могут влиять факторы из других клеточных популяций. Это открытие существенно повлияло на мир биологии развития и коренным образом изменило понимание раннего развития.
Органайзер Спеманна-Мангольда был впервые описан в 1924 году Гансом Спеманом и Хильде Мангольд. До его открытия несколько групп выдвинули гипотезу о том, что существует часть развивающегося эмбриона, которая служит «организационным центром». В 1918 и 1921 годах Ганс Спеманн показал, что трансплантация предполагаемого эпидермиса в область предполагаемой нервной ткани изменит судьбу трансплантированных клеток в соответствии с их новым местом назначения, а также когда он трансплантировали презумптивную нервную ткань туда, где формировался презумптивный эпидермис. Спеманн также показал, что путем трансплантации части верхней бластопора губы в область презумптивного эпидермиса, сформировался вторичный эмбриональный зачаток, включая вторичную нервную трубку, хорд и сомиты. Кроме того, разделение эмбриона пополам и вращение анимального полюса относительно вегетативного полюса привело к распространению определения от нижнего вегетативного полюса, где располагалась верхняя губа бластопора, к верхняя половина животного. Он также слил вместе две идентичные половинки от разных эмбрионов и наблюдал образование нервной пластинки. Эта работа предоставила первоначальные свидетельства в поддержку идеи о существовании некоего «центра организации», который был определен до образования другой эмбриональной ткани и повлиял на определение окружающих клеток.
Чтобы проверить эту гипотезу, Спеманн вместе с Хильде Мангольд проводила эксперименты между 1921 и 1922 годами с использованием эмбрионов Triturus cristatus и Triturus taeniatus, которые подвергались гаструляции. Проведенный эксперимент напоминал эксперимент 1918 года, однако вместо гомопластической трансплантации они использовали эмбрионы двух тесно связанных видов тритонов. Одним из преимуществ использования эмбрионов cristatus и taeniatus было то, что в клетках эмбриона cristatus отсутствовал пигмент, поэтому судьбу трансплантата можно было легко отследить при помещении его среди пигментированных клеток taeniatus. Кусок верхней губы бластопора был удален из эмбриона cristatus и трансплантирован в вентральную область презумптивного эпидермиса у эмбриона taeniatus, вдали от развивающегося бластопора хозяина. После этой трансплантации они наблюдали образование вторичного зачатка эмбриона, что соответствовало их предыдущей работе. Этот вторичный эмбрион имел нормальные черты первичного эмбриона, включая такие структуры, как нервная пластинка и хорда, хотя они немного отставали в развитии. Разделение эмбриона показало, что клетки из трансплантата были включены в мезодерму, нервную пластинку, и составляли почти всю хорду вторичного эмбриона. Далее было показано, что нервная пластинка почти полностью состоит из клеток эмбриона хозяина taeniatus. Эти эксперименты пришли к выводу, что часть верхней губы бластопора может быть трансплантирована в индифферентную ткань другого эмбриона и побудить ткань хозяина к формированию вторичного эмбриона, таким образом задействовав пересаженную ткань как «центр организации».
Открытие Организатора Спеманна-Мангольда считается одним из самых влиятельных открытий в области биологии развития и привело к тому, что Ганс Спеманн был удостоен Нобелевской премии в 1935 году за его Механизмы работы этого организатора были предметом последующих десятилетий исследований.
Организатор Спеманна-Мангольда относится к популяции клеток в эмбрионе Xenopus laevis , которые определяют дорсовентральную и передневентральную задние оси. Хотя организатор существует у других видов, термин организатор Спеманна-Мангольда специально зарезервирован для эмбриона амфибии. Организатор Спеманна-Мангольда расположен в дорсальной губе бластопора, где берут начало гаструляционные движения. Исходные клетки-организаторы мигрируют и локализуются кпереди. Ячейки-органайзеры подразделяются на организаторы головы, туловища и хвоста. Эти отдельные популяции клеток имеют разные индукторы и создают уникальные градиенты фактора роста по мере их миграции. Вторичные межклеточные взаимодействия дополнительно устанавливают оси по мере продолжения гаструляции и нейруляции.
Организатор Спеманна-Мангольда особенно важен в индукции мезодермы. В модели с тремя сигналами дорсализирующий сигнал от организатора опосредуется градиентами костного морфогенного белка (BMP), чтобы дать начало клеткам мезодермальной судьбы. Два других сигнала исходят от вегетативного полюса и вызывают крайнюю вентральную и дорсальную мезодерму в вышележащей маргинальной зоне.
Для формирования организатора Спеманна-Мангольда материнский факторы, такие как mVegT, должны присутствовать в вегетативной шапочке. Передача сигналов пути Wnt является другим основным материнским сигналом в формировании организатора и требуется автономно для экспрессии генов организатора. Siamois (Sia) и Twin (Xtwn) экспрессируются в начале экспрессии зиготического гена в бластуле и активируются с помощью передачи сигналов Wnt в бластуле Chordin - и центр Noggin -экспрессии (BCNE). Sia и Xtwn могут функционировать как гомо- или гетеродимеры для связывания консервативного сайта P3 в проксимальном элементе (PE) промотора goosecoid (Gsc) . Передача сигналов Wnt также действует с mVegT, повышая регуляцию Xnr5, секретируемого из центра Ньюкупа, во внутренней дорсовегетальной области, что затем будет индуцировать дополнительные факторы транскрипции, такие как Xnr1, Xnr2, Gsc, хордин (chd). Последний сигнал опосредуется передачей сигналов Nodal / activin, индуцируя факторы транскрипции, которые в сочетании с Sia будут индуцировать ген cerberus (cer).
У организатора есть как транскрипционные, так и секретируемые факторы. Факторы транскрипции включают гусекоид, Lim1 и Xnot, которые все являются гомеодоменными белками. Гуськоид был первым обнаруженным геном-организатором, обеспечившим «первую визуализацию клеток-организаторов Спеманна-Мангольда и их динамических изменений во время гаструляции». Хотя это был первый ген, который был изучен, это не первый активируемый ген. После активации транскрипции с помощью Sia и Xtwn, Gsc экспрессируется в субнаборе клеток, охватывающих 60 ° дуги в дорсальной маргинальной зоне. Экспрессия Gsc активирует экспрессию секретируемых сигнальных молекул. Вентральная инъекция Gsc приводит к фенотипу, как это видно в оригинальном эксперименте Спеманна и Мангольда: двойная ось.
Секретируемые факторы организатора образуют градиенты в эмбрионе для дифференциации тканей.
| Фактор | Механизм |
|---|---|
| Хордин | Антагонист BMP |
| Noggin | Антагонист BMP |
| Фоллистатин | Активин и антагонист BMP |
| Frzb1 | Антагонист Wnt |
| Секретируемый Frizzled-родственный белок-2 (sFrp2) | антагонист Wnt |
| полумесяц | антагонист Wnt |
| dickkopf-1 | антагонист Wnt |
| cerberus | Nodal, Wnt и антагонист BMP |
| морфогенный белок, антидорсализующий (Admp) | Фактор роста |
После открытия Организатора Сепманна-Мангольда многие лаборатории поспешили быть первым, кто обнаружит побуждающие факторы, ответственные за эту организацию. Это оказало большое международное влияние, поскольку лаборатории в Японии, России и Германии изменили свой взгляд на и изучение организации развития. Однако из-за медленного прогресса в этой области многие лаборатории отводят исследовательские интересы от организатора, но не раньше, чем влияние открытия было оказано. Спустя 60 лет после открытия организатора многие Нобелевские премии были вручены биологам развития за работу, на которую оказал влияние Организатор.
До середины 19 века Япония была закрытым обществом, которое не участвовало в достижениях современной биологии до конца того же века. В то время многие студенты, уехавшие за границу для обучения в американских и европейских лабораториях, вернулись с новыми идеями о подходах к наукам о развитии. Когда вернувшиеся студенты пытались внедрить свои новые идеи в японскую экспериментальную эмбриологию, они были отвергнуты членами Японского биологического общества. После публикации организатора Spemann-Mangold гораздо больше студентов отправились учиться за границу в европейские лаборатории, чтобы узнать больше об этом организаторе, и вернулись, чтобы использовать эти знания для получения огромных преимуществ в эмбриональной биологии в то время. Открытие организатора повлияло на многие проекты по индукции эмбрионов в Японии. Например, Т. Ямада создал теорию двойного потенциала для индукционного процесса у эмбрионов. Еще одним открытием после открытия организатора стало изменение карты судьбы Фогта с использованием тритона и Xenopus бластулы исследователем Осаму Накамурой. Новая концепция трансдифференцировки была предложена Т.С. Окада и Г. Егучи. Эти и многие другие открытия в Японии были вдохновлены публикацией организатора Спеманна и Мангольда.
Публикация организатора Сепманна-Мангольда также имеет огромное влияние на развитие России. исследование. Организатора Спеманна сначала не приняли в России. Российские ученые не согласились с идеей эмбриональных индукторов (морфогенов ), потому что российские исследователи сосредоточились на паттернах развития в эволюции. И только после того, как другой исследователь, А. Гурвич, опубликовал свою теорию эмбриональных полей, российские ученые начали принимать другие теории развития, в том числе организатора Сепманна-Мангольда, как это было согласовано. со многими концепциями теории Гурвича. Благодаря этому новому влиянию лаборатории в Москве и Ленинграде начали сосредотачиваться на генетическом контроле индивидуального развития, а не на эволюционном развитии. Россия начала анализировать морфогенетические взаимодействия тканей так же, как Спеманн, используя систему глаз-хрусталик. Благодаря этому исследованию Россия смогла дополнить эту область исследованиями линз и нейронной индукции, а открытие линзовой индукции повлияло на начало открытия лабораторий механики развития в России.
В Германии период, последовавший сразу за публикацией Спеманна-Мангольда, был известен как период небольшого прогресса, так как многие вопросы, поставленные новым органайзером, остались нерешенными. Целостный взгляд организатора Спеманна-Мангольда требовал дополнительных исследований, поскольку многие методы не были доступны на момент публикации. Спеманн положил начало движению развития и молекулярной биологии и повлиял на многие проекты в Германии, основываясь на своих открытиях. Работа Спеманна с измельченной тканью организатора указала на присутствие морфогенов, которые затем привели к гипотезе двойного градиента Тойвонена и Саксена. Это привело к открытию, что исследования тканей содержали факторы, вызывающие индуцирующую активность. Благодаря открытию организатора Spemann-Mangold и предложению морфогенов лаборатории в Германии смогли дополнительно узнать о механизмах, лежащих в основе разработки, с помощью новых методов для углубления знаний в этой области.
