Organisation av kroppsplanen Flashcards
Vad är definitionen av patterning?
Patterning beskriver mekanismen genom vilken initialt ekvivalenta celler i en utvecklande vävnad på ett koordinerat sätt antar komplexa former och funktioner.
Vad sker under själva patterningprocessen och i vilka plan kollar man?
Vad som händer under själva patterningprocessen är att cellerna tilldelas positionella värden. Det enklaste sättet på hur man koordinerar en utvecklingsprocess är att varje cell tilldelas ett värde så att de vet var de befinner sig i. Det enklaste koordinatsystemet för detta ändamål är ett tredimensionellt koordinatsystem. Det blir en axel antero-posteriort, en vänster-höger och en dorsal-ventralt. Patterningprocessen innebär i stort att cellerna läser av var i koordinatsystemet som de befinner sig i. Dessa koordinater kommer att etableras flera gånger vid utvecklingen, som till exempel för arm buds.
När sker gastrulation och vilka celler ger upphov till själva fostret?
Vi utgår återigen från en morula och kollar vad som har hänt till dag 17 då gastrulation har ägt rum. Det är bara epiblasterna som kommer ge upphov till alla celler som är del av embryot och övriga celler kommer vara del av extra-embryonala strukturer.
Vad består den bilaminära disken av och vad är den första strukturen som bildas under gastrulationen?
Den bilaminära disken består av två lager, epiblaster och hypoblaster som hos människan har en “päronform”. När gastrulationen så småningom kommer igång så uppstår några viktiga strukturer. Den första strukturen som bildas är primitive streak (primitiva strängen). Denna struktur markerar vad som skall bli posteriort.
Hur bildas de tre groddplanen och från vilka celler?
Längst anteriort i primitive streak hittar vi noden (“the node”). När gastrulationen så småningom kommer igång kommer alla celler som ska bilda mesoderm och endoderm att vara tvungna att tränga sig ner igenom primitive streak. De får klämma sig igenom primitive streak och sedan sprida sig under epiblastplattan eller tränga undan hypoblasterna och bilda endoderm närmast blastocoelet. I lagret ovanför finns mesoderm. Epiblasterna som inte migrerar in mot primitive streak kommer bilda ektoderm.
Vad sker med primitive streak under gastrulationen?
Primitive streak har en stor utbredning i början men kommer att dra sig posteriort och bygga upp kroppen framför den backande noden. Primitive streak kommer sedan att tillbakabildas, men efterlämnar ett kloakmembran. Analöppningen kommer ligga där primitive streak en gång låg.
Vad kan ses under gastrulationen på ventralsidan av embryot?
Vänder man på embryot och tittar på ventralsidan ser man noden som är exponerad på ventralsidan, man kan även se notokorden lite grann när man tittar på embryot från ventral vy.
Vad har prechordal plate ursprung från?
Både prechordal plate och notokorden har sitt ursprung från cellerna som bygger upp noden, detta ursprung har även primitive streak.
Vilken initial polaritet finns det då embryot börjar gastrulationen och vilka celler är viktiga då?
När gastrulationen ska börja har embryot fått en typ av polaritet. Syncytiotrofoblaster har växt fast i livmoderväggen medan resten växer ut därifrån - där finns en tydlig polaritet. För att kunna anlägga en primitiv streak måste embryot förhandla fram vilka celler som skall utföra denna uppgift. Genom att definiera var primitiv streak ligger har man även definierat vad som ligger anteriort och posteriort. Hypoblasterna kommer här spela en huvudroll.
Vad utsöndras från extraembryonala ektodermets proximala celler för att etablera anterior-posterior polaritet?
Vilka celler verkar detta på och vilka effekter fås?
Signaler från de proximala cellerna (celler längre in mot livmoderväggen) kommer att hålla hypoblasterna i ett ospecifierat tillstånd. I takt med att embryot växer och cellerna delar sig ökar avståndet till ectoplacental cone och signalen blir svagare och svagare desto mer distalt vi vandrar. Så småningom kommer signalen bli så svag att distala celler kan bilda distala hypoblaster som kommer ha stark adhesion mellan varandra men inte ha lika starkt adhesion till angränsande hypoblaster.
Vad orsakar de distala hypoblasterna att migrera för att bilda anterior av embryot?
Ectoplacental cone kommer utsöndra en kemotaxisk signal som får de distala hypoblasterna att vilja gå mot någon av dessa ectoplacental cones - det blir en dragkamp mellan respektive sida. Till slut blir attraktionskraften så stark åt ett håll att hela komplexet migrerar åt en sida av ectoplacental cone. Den sidan som migrationen sker mot definieras som anteriort. Som en konsekvens av detta kommer primitive streak att anläggas på motsatt sida. Ectoplacental cone kommer ersättas av navelsträngen senare i utvecklingen.
Hur går det till när primitive streak definieras 180 grader från den del som definierades som anteriort?
Den cellgrupp som skall migrera kallas AVE (anterior visceral endoderm eller anteriora hypoblaster) kommer börja producera inhibitorer i form av signalfamiljerna Wnt- och Nodal-inhibitorer. Det som är gemensamt är att de verkar via ytreceptorer på en cell frånskild den cell som frisatte signalmolekylen, alltså via en parakrin signalering.
Vad utsöndras från AVE och vilken roll spelar detta för bildningen av primitive streak?
AVE skickar ut inhibitorer av Nodal och Wnt så att deras signalering hämmas. Nodal och Wnt utsöndras nämligen initialt från alla epiblaster, men i takt med att inhibitorerna sprider sig i området runt AVE så släcks signaleringen där och kvarstår bara i de delar som är längst bort från AVE. Där Nodals och Wnts effekter kvarstår och inte hämmas kommer primitive streak att bildas.
Vilka bevis finns det för Nodals och Wnts påverkan på anläggningen av primitive streak
Belägg för detta är att knockout-möss som saknar en eller flera av Nodal- och Wnt-inhibitorer kommer uppvisa avvikande fenotyper i form av multipla ektopiska primitive streaks. Knockout-möss som saknar Nodals och Wnts utvecklar ingen primitive streak alls.
Detta förutsätter self enhancement, d.v.s. att signalen kommer innebära feedbacksystem där de celler som uttrycker signalen kommer att aktivera sin egen transkription (och translation) av signalsubstansen.
Vad sker med AVE efter anläggningen av primitive streak?
AVE upphör att existera, klyvs och täcker delar av embryot så småningom. Det är alltså en temporär struktur som har en viktig funktion under en avgränsad tidsperiod.
Vilka två vägar kan epiblasterna ta och vad kallas den struktur som bestämmer detta?
I samband med gastrulation måste ett beslut tas vad gäller de epiblaster som blir kvar och som ska bilda ektoderm. Ektoderm bildar eventuellt hud men även CNS (samt PNS). För att differentiera ektodermet krävs en organizer. Detta är en cellgrupp eller en region i ett embryo som kommer att bestämma differentieringen hos en annan cellgrupp, en annan region i embryot.
Hur går etableringen av cranial/caudal polaritet till?
Vilka celler, strukturer och faktorer är inblandade?
Under vilken fostervecka induceras neuralplattan?
Hur migrerar primitive streak, primitive node, neuralplattan och notochord
Neuralplattan unduceras under 3:e fosterveckan i samband med gastrulationen.
Vad är the neural default model och vilka faktorer är inblandade?
En modell för utveckling av nervvävnad, “The Neural Default Model” grundar sig i hur differentieringen av epiblaster i lövgrodan (Xenopus) sker. Enligt modellen kommer epiblaster att utan yttre påverkan bilda neuroektoderm. Neuroektoderm bildas alltså per default för epiblaster.
Hela den södra delen är “yolk”, alltså äggula, som inte kommer utvecklas till embryot. Äggulan täcks av epiblaster som är programmerat att utveckla till neuroektoderm per default. Detta beslut bryts genom att epiblastcellerna stimuleras av BMPs och Wnts. Det är alltså samma familjer som tidigare definierade vad som skulle bli anteriort och posteriort som nu definierar vad som blir till neuroektoderm. Det är en tidsavgränsad process vilket är varför det går ihop.
BMPs och Wnts produceras i hela epiblastplattan och programmerar om cellerna att bli epiderm, mesoderm och endoderm istället för neuroektoderm. Detta måste brytas, vilket sker med hjälp av en organizer.
Vad visade experimentet som utfördes av Hans Spemann där en ytterligare organizer transplanterades på andra sidan av embryot?
Detta utfördes av Hans Spemann. Man tog vävnad från blastoporen och undersökte om den transplanterade vävnaden bibehåller sitt öde eller får ett förändrat öde. Det visade sig att endast blastoporläppen var determinerad. Transplantationen av blastoporläppen innebar ett extra nervsystem och två huvuden när detta embryo utvecklades. Det var inte så att det andra huvudet byggdes upp av transplantatorn, utan de celler runt omkring programmerades om för att bygga upp den andra delen av organismen.
Vilka inhibitorer producerar organizern för BMP respektive WNT?
Vad kallas motsvarigheten till Spemann organizer i däggdjur och hur ser fördelningen av neuro- respektive epidermalt ektoderm ut?
Vilka inhibitorer produceras?
När man hade upptäckt detta och hittat faktorer så började man undersöka möjligheten att det skulle finnas något liknande hos däggdjur, och det bekräftade man - noden (primitivnoden) är däggdjurens motsvarighet till Spemann organizer. Från noden så kommer samma antagonister att produceras som noggin, cerberus och Dickhopf. Det uppstår därför även här en typ av en morfogen gradient av BMP och Wnts, som produceras av primitive streak. Noggin talar om var längs Wnt/BMP-gradienten cellerna skall hamna och kommer senare i utvecklingen att påverka den neuronala utvecklingen.
Vilket samspel finns det mellan AVE och primitive node vid bildning av neuro- och epidermal ektoderm?
En del av plattan blir fri från BMP och Wnt tack vare primitive node men AVE skickade ju ut samma inhibitorer. Det finns alltså ett samspel mellan AVE och organizern (noden). Då AVE väl har definierat vad som skall bli primitive streak kommer man kunna avlägsna AVE utan att nervcellsutvecklingen upphör.
Vad kunde ses om man genmanipulerade möss så de saknar båda kopiorna av chordin och en kopia av noggin?
Vad sker vid knockout av Dickhopf-1?
Det leder till ett spektrum av neurala defekter, avsaknad av neuralrörsutveckling och total avsaknad av storhjärna.
Knockout av Dickhopf-1 (Wnt-inhibitor) i mus kommer leda till total avsaknad av huvud hos embryot. Dessa möss kommer uppvisa en ökad Wnt-signalering i kraniellt neuroektoderm.
Heterotaxi (situs ambiguus) innebär att de viscerala organen (d.v.s. hjärtat, lungor, lever, mjälte och magsäck) kommer varaslumpmässigt placerade. Det gäller inte bara längs höger-vänsteraxeln och utan även i relation till varandra.
Situs inversus är istället en koordinerad felplacering så att alla de viscerala organen lagt sig åt fel håll och det är därför inte lika allvarligt. Det är vanligare att man har någon grad av situs ambiguus.
Vad är Kartageners syndrom och vilka symptom fås?
Kartageners syndrom är ett tillstånd där patienter har en triad av symtom - bronkiektasier, hälften av dem har situs inversus och männen är sterila. Kartageners syndrom beror på en mutation i genen som kodar för dynein (Dhc, dynein heavy chain) som är ett motorprotein som är viktigt för
ciliemotilitet och flagellers motilitet. Dessa patienter har orörliga flimmerhår och kan därför inte forsla bort smuts och damm från luftvägarna. De är sterila eftersom spermierna också är orörliga - de kan inte röra sin flagell.
Varför påverkas organplaceringen vid Kartageners syndrom?
Det tycks vara så att dyneinet har en påverkan på organplaceringen. Den ventrala ytan av noden, som vätter mot gulesäcken, är inte täckt av endoderm utan ligger naken. Om man tittar på dessa cellers yta ser man att dessa celler har monocilier.
Vad är the nodal flow model?
Runt noden finns crown cells som kallas så på grund av att de ligger som kronor runt noden. Det finns left crown cells och right crown cells.
Crown cells har immotila cilier som fungerar som sensorer. “The nodal flow model” innebär att rotation av monocilier på nodens yta transporterar en signal till embryots vänstra sida och på så sätt definierar höger-vänster axeln. För att modellen ska fungera så måste cilierna luta, och alla måste luta åt samma riktning. Cilierna agerar likt åror som kommer att göra att vätskan kommer att föras åt en viss riktning.
Hur är monocilierna placerade och hur ser flödet ut dom följd?
Cilierna står på cellernas posteriora yta. De står på sluttningen, så att de får en lutning. De roterar alltid åt samma håll, vilket beror på proteinernas kiralitet (inbyggd höger- och vänsterhänthet). Monocilierna är alltså placerade på cellernas posteriora yta och är därför lutade vilket ger ett nettoflöde mot embryots vänstra sida.
Vilken signalmolekyl är viktig vid etablering av höger/vänster axeln och medföljer i flödet som monocilierna skapar?
Vilka 2 ämnen leder det till produktion av?
Med flödet följer en signalmolekyl, Sonic hedgehog (Shh). Shh produceras av nodens celler, transporteras genom vätskan till nodens vänstra sida där left crown cells aktiveras av Shh och det resulterar i Gli3. Det leder till en produktion av ämnet Nodal. Nodals funktion är att dels aktivera sig självt, dels aktivera transkriptionsfaktorn Pitx2 (som innebär transkription av många target-gener) och aktivera proteinet Lefty.
På vilka 2 ställen uttrycks Lefty och vad sker vid avsaknad av uttrycket?
Vilken funktion har pitx2?
Lefty uttrycks inte bara på vänster sida utan även runt mittsidan. Pitx2 är en transkriptionsfaktor och kan inte flytta sig ut ur cellen. Den kommer att aktualisera vänstersidigheten genom att aktivera transkription av många målgener. Lefty kommer ge en dominant sida medan avsaknad av Lefty ger en icke-koordinerad lateralisering.
Hur fungerar den kemosensoriska mekanismen för aktivering av left crown cells?
Den kemosensoriska mekanismen har att göra med Shh. På ytan av de nodala cellerna finner man små vesiklar. Enligt denna modellen är dessa vesiklar (NVPs) laddade med Shh. Dessa vesiklar frisätts med mikrovilli som likt en flaggstång hissas upp med dessa paket. Paketen släpps och flyter därför till vänster sida där de frisätter Shh och aktiverar left crown cells.
Hur fungerar den mekanosensoriska aktiveringen av left crown cells?
Vad gäller den mekanosensoriska mekanismen menar man att de immotila cilierna i nodal crown cells öppnar Ca2+-kanaler när cilierna böjs. Det påverkar uttrycket av att PKD1L1 och PKD2. Det är här flödet som är betydande. Left crown cells har/får därför en högre kalciumkoncentration än vad högersidans celler får.
Den mest sannolika förklaringen är att dessa två mekanismer kommer samverka och på så sätt ge en robust signalering.
Hur är nodal pit cellerna och deras monocilier orienterade?
Cellerna i noden är orienterade i förhållande till anteroposteriora axeln - det finns en Planar Cell Polarity. Förutsättningen för att systemet ska fungera är att cilierna lutar vilket de gör eftersom de är placerade posteriort på cellernas yta. Det förutsätter i sin tur att cellen har en inneboende kompass, att cellen vet vad som är anteriort och posteriort. Detta definieras utifrån Planar Cell Polarity.
Hur uppkommer den posteriora orienteringen av monocilierna på nodal pit cellerna?
Denna mekanism finns av två typer - vilken är det i detta fall?
Planar Cell Polarity handlar om att celler har en förmåga att veta vad som är anteriort och vad som är posteriort. Detta innefattar många olika proteiner. Detta är en förutsättning för att cellen ska kunna placera en cilie i en viss riktning. Planar Cell Polarity aktiveras av en viss Wnt-signal. Inuti cellen finns signaleringsvägar: canonical Wnt-signaling och non-canonical Wnt-signaling där Planar Cell Polarity kommer orsakas av non-canonical Wnt-signaling genom proteiner som Vangl2 och Vangl1 (Van Gogh-like protein).
Vad sker med planar cell polarity och monocilierna vid knockout av “van Gogh1 och 2” ?
När man t.ex. knockar Vangl1 och Vangl2 får man Lefty-uttryck på högersidan. Man kan säga att Wnt-signaleringen tappas när anterioposterior axel ska utvecklas. Då tappar man lateraliteten och får lateralitetsdefekter.
Vilka andra celler uppvisar Planar Cell Polarity och vilken slutsats kan dras om denna mekanism?
Ett exempel på andra celler som uppvisar Planar Cell polarity är hårceller i innerörat. Även ependymceller, hårfolliklar och trikomer i Drosphiliavinge kommer uppvisar detta. Det var trikomerna som var defekta i Shh-mutanten.
Planar Cell Polarity är av central betydelse och evolutionärt konserverad.
