تنظیم صلاحیت تکوینی در طول اندام زایی اندودرم با پیام رسانی مکرر Wnt، BMP و RA
چکیده
تعداد کمی از مسیرهای پیامرسانی بصورت مکرر در طول اندام‌زایی مورد استفاده قرار می‌گیرند و بسته به مرحله‌ی جنینی، آن‌ها می‌توانند تاثیرات کاملا متفاوتی بر جمعیت یکسانی از سلول‌ها بگذارند. نحوه‌ی تغییر صلاحیت سلولی در طول دوره‌های تکوینی بخوبی مشخص نشده است. در این مقاله ما از سلول‌های بنیادی پرتوان زنوپوس، موش و انسان به منظور بررسی نحوه‌ی تنظیم صلاحیت تکوینی اندودرم و القاء اندام (با تمرکز بر سرنوشت تنفسی) بوسیله‌ی توالی زمانی مسیرهای پیامرسانی Wnt، BMP و رتینوئیک اسید (RA) پرداخته‌ایم. با اینکه سرنوشت ریه NKx2-1+ تا اواخر مراحل سومیت‌زایی القاء نمی‌شود، اما در این مقاله نشان داده‌ایم که صلاحیت ریه بوسیله‌ی مرحله‌ی گاسترولا و بعنوان نتیجه‌ای از الگودهی قدامی- خلفی (A-P) وابسته به BMP و Wnt تعیین می‌شود. این پیام‌های ابتدایی Wnt و BMP، اندودرم خلفی را به القاء ریو‌ی وابسته به RA/ BMP/Wnt مقاوم می‌سازند. علاوه بر این، ما مسیر تعدیل پاسخ به Wnt و BMP توسط رتینوئیک اسید را به شیوه‌ای مختص زمان تعیین کردیم. در مرحله‌ی گاسترولا، رتینوئیک اسید هویت خلفی را ایجاد خواهد کرد، با اینحال در مراحل تکوینی اولیه‌ی سومیت، رتینوئیک اسید در اندودرم قدامی احتمال تشکیل مسیر تنفسی را در برابر مسیر حلقی و در اندودرم خلفی احتمال تشکیل معده‌ی میانی را در برابر معده‌ی عقبی تنظیم می‌کند. بصورت کلی داده‌های ما نشان‌دهنده‌ی پاسخ پویا و محافظت‌شده‌ی اندودرم مهره‌داران در طول اندام‌زایی است که در آن مسیرهای پیامرسانی ابتدایی RA/Wnt/BMP بر نحوه‌ی پاسخگویی سلول‌ها بر پیام‌های انتهایی Wnt/BMP/RA تاثیر می‌گذارند و این نشان‌دهنده‌ی آن است که مسیرهای پیامرسانی ترکیبی و تکراری می‌توانند صلاحیت تکوینی و سرنوشت اختصاصی را تنظیم کنند.
1. مقدمه
تشکیل اندام‌ها از سلول‌های پیش‌ساز بوسیله‌ی پیامرسانی ترکیبی چندین مسیر من جمله Wnt، BMP، FGF، Notch، Hedgehog و رتینوئیک اسید (RA) کنترل می‌گردد. این پیام‌ها در تشکیل پنجره‌های زمانی مجزا برای هدف قرار دادن پیوسته‌ی سلول‌های جنینی از طریق مجموعه‌ای از تصمیمات تعیین سرنوشت در مورد دودمان‌های بافتی خاص لازم هستند. در بسیاری موارد، این پیام‌های یکسان می‌توانند تاثیرات کاملا متفاوتی در مراحل مختلف تکوینی داشته باشند، مثلا سبب تحریک یک دودمان خاص در یک زمان شوند و در زمان بعدی همان دودمان را مهار کنند. این پاسخ پویا پدیده‌ای است که غالبا مشاهده می‌گردد، اما اطلاعات کمی از آن در دسترس است و در تکوین دودمان‌های متعددی همانند کاردیوژنز، نورون‌زایی و اندام‌زایی اندودرم در دستگاه‌های تنفسی و گوارشی مشاهده می‌گردد. نحوه‌ی تغییر توانایی یا "صلاحیت" یک بافت برای پاسخ‌دهی به پیام‌های یکسان در اکثر اندام‌های بدن ناشناخته مانده است. درک دقیق این پویایی‌های پیامرسانی تکراری برای تعیین یک نقشه‌ی راه جامع در مورد اندام‌زایی و به احتمال زیاد برای تسهیل تولید بافت‌های چند دودمانی از سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی (hPSCها) ضروری است.
ABSTRACT
A small number of signaling pathways are used repeatedly during organogenesis, and they can have drastically different effects on the same population of cells depending on the embryonic stage. How cellular competence changes over developmental time is not well understood. Here we used Xenopus, mouse, and human pluripotent stem cells to investigate how the temporal sequence of Wnt, BMP, and retinoic acid (RA) signals regulates endoderm developmental competence and organ induction, focusing on respiratory fate. While Nkx2- 1+ lung fate is not induced until late somitogenesis stages, here we show that lung competence is restricted by the gastrula stage as a result of Wnt and BMP-dependent anterior-posterior (A-P) patterning. These early Wnt and BMP signals make posterior endoderm refractory to subsequent RA/Wnt/BMP-dependent lung induction. We further mapped how RA modulates the response to Wnt and BMP in a temporal specific manner. In the gastrula RA promotes posterior identity, however in early somite stages of development RA regulates respiratory versus pharyngeal potential in anterior endoderm and midgut versus hindgut potential in posterior endoderm. Together our data suggest a dynamic and conserved response of vertebrate endoderm during organogenesis, wherein early Wnt/BMP/RA impacts how cells respond to later Wnt/BMP/RA signals, illustrating how reiterative combinatorial signaling can regulate both developmental competence and subsequent fate specification.
1. Introduction
The formation of organs from naïve progenitor cells is controlled by combinatorial signaling of a handful of pathways including Wnt, BMP, FGF, Notch, Hedgehog, and retinoic acid (RA) (Kraus and GrapinBotton, 2012; Zorn and Wells, 2009). These signals are required in distinct temporal windows to progressively direct embryonic cells through a series of fate decisions into specific tissue lineages. In many cases these same signals can have dramatically different effects at different stages of development - promoting a given lineage at one time and then inhibiting at a subsequent time. This dynamic response is a commonly observed but poorly understood phenomenon in the development of many lineages, including cardiogenesis (Gessert and Kuhl, 2010; Loh et al., 2016), neurogenesis (Sasai et al., 2014) and endoderm organogenesis within the respiratory and digestive systems (Loh et al., 2014; Zorn and Wells, 2009). In most organ systems it is still poorly understood how the ability or “competence” of a tissue to respond to signals changes over time, and how early signaling events impact subsequent responses to the same signals. A detailed understanding of these reiterative signaling dynamics is required for a comprehensive roadmap of organogenesis, which is likely necessary to facilitate the generation of multi-lineage organ tissues from human pluripotent stem cells (hPSCs) (McCauley and Wells, 2017).
چکیده
1. مقدمه
2. نتایج
1. 2. در زنوپوس، صلاحیت تنفسی بوسیله‌ی مرحله‌ی گاسترولای اولیه به اندودرم قدامی محدود می‌شود
2. 2. تاثیرات وابسته به مرحله رتینوئیک اسید بر القاء ریه در زنوپوس
3. 2. رتینوئیک اسید صلاحیت تنفسی را در اندودرم موش تنظیم می‌کند
4. 2. الگودهی وابسته به Wnt/BMP گاسترولایی بر صلاحیت اندودرم و پاسخ به نشانه‌های القایی RA/Wnt/BMP در زنوپوس تاثیر می‌گذارد.
5. 2. Wnt/RA/BMP تکرار بر صلاحیت تکوینی اندودرم کامل انسانی مشتق از سلول‌های بنیادی پرتوان تاثیر می‌گذارد
3. بحث
4. مواد و روش‌ها
1. 4. روش های مخصوص زنوپوس
2. 4. روش های مخصوص موش
3. 4. روش های مخصوص hPSC
ABSTRACT
1. Introduction
2. Results
2.1. Respiratory competence is restricted to anterior endoderm by the early gastrula stage in Xenopus
2.2. Stage-dependent effects of RA on Xenopus lung induction
2.3. RA regulates respiratory competence in mouse endoderm
2.4. Gastrula Wnt/BMP-dependent patterning impacts endoderm competence and the response to subsequent RA/Wnt/BMP inductive cues in Xenopus
2.5. Reiterative Wnt/BMP/RA impacts developmental competence of human definitive endoderm derived from pluripotent stem cells
3. Discussion
4. Materials and methods
4.1. Xenopus methods
4.2. Mouse methods
4.3. hPSC methods
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه