편광 활성 구역

Zone of polarizing activity
편광 활성 구역
Limb bud diagram.jpg
사지의 가장 원위부 끝에서 가장 바깥쪽 끝부분이 두꺼워진 상피층이다.편광 활동 영역은 사지 봉오리의 후부에 있다.
세부 사항
식별자
라틴어조나 활동성 폴라리스란티스
약어ZPA
TE편광 활성_by_E5.0.3.0.0.1.5 E5.0.3.0.1.5
해부학적 용어

편광 활성 영역(ZPA)은 전축/후축 축을 따라 발달하는 사지 봉오리를 형성하도록 지시하는 신호를 포함하는 중간 영역이다.사지봉오리는 구별되지 않은 메센치메인으로 외투더름 덮개로 둘러싸여 있다.결국, 사지의 싹은 뼈, 힘줄, 근육, 관절로 발전한다.사지 싹 발달은 ZPA뿐만 아니라 많은 다른 유전자, 신호, 그리고 AER(Apical extodermal ridge, AER)라고 불리는 엑토더름의 독특한 부위에 의존한다.1948년 Sunders와 Gaseling의 연구는 AER와 AER의 근위부 원위부 이상 성장에 대한 그 이후의 관여를 확인했다.[1]20년 후, 같은 그룹이 병아리 사지에 이식 연구를 했고, ZPA를 확인했다.1993년에야 토트와 팰런은 AER와 ZPA가 서로 의존하고 있다는 것을 보여주었다.[2]null

패터닝

사지의 싹을 따라 패터링하는 것은 많은 출처에서 오는 신호를 필요로 한다.특히, 전사 인자(TF)라고 불리는 단백질은 유전자가 전사되는 속도를 조절하는데 도움을 준다.사지봉오리는 중뇌의 앞부분에 ALX4라고 불리는 TF를 표현하고, 뒷부분에는 TF HOXB8이 표현된다.Alx4 지역, 중간 지역 및 Hox8 표현 영역은 AER가 발달한 근위부에서 만난다.ZPA는 Hox8 지역이 AER에 가입하는 형태를 형성한다.null

Zpa1.jpg

이러한 지역은 적절한 유도 이벤트가 발생하기 위해 신호에 의존한다.AER는 FGF8을 표현하여 후중간막에서 쉬의 표현을 유도한다.그런 다음 쉿은 FGF4가 AER의 후부에 표현되도록 자극한다.이러한 사건 이후, FGF-4와 Shi는 후속 표현과 유지보수를 위해 공동의존이 있다.또한 Wnt7a는 등측 외측검사로 표현되며, FGF와 쉬 신호를 유지하기 위해 필요하다.[3]null

Zpa2.jpg

아피셜 엑토더말 능선

주요 기사:아피셜 엑토더말 능선

손더스와 가셀링은 1948년 실험생물학 저널에 데이터를 발표하여 날개 싹의 무정면 경계선 테두리 근처에 삽입된 참조 표시가 날개 팔뚝 전체에 걸쳐 분산되어 있음을 보여 주었다.[1]이것은 그들이 이 비구체적 외피가 날개의 일부를 형성하는 역할을 할 수 있다고 믿게 만들었다.이를 테스트하기 위해 날개가 변형된 날개 봉오리에서 비결정적 외관을 제거했다.그들이 등심외막을 제거했을 때, 정상적인 날개가 형성됐다.이러한 결과는 비구체적 외피 세포가 날개의 특정 영역을 형성할 정확한 운명을 가지고 있다는 것을 보여주었다.null

Limbbud.jpg

소닉 고슴도치

ZPA 마우스 오른쪽 앞쪽 줄무늬

1968년에 손더스와 가셀링은 병아리 사지의 조직을 이용하여 이식 연구를 했다.[4]사지의 후부에서 세포를 제거하여 전방에 이식한 결과 전방에 여분의 숫자가 형성되어 있고 이 자리들은 정상으로 보이는 거울상이라는 것을 알게 되었다.이 후측 중신맥은 현재 소닉 고슴도치(Shh)라는 단백질을 표현하는 것으로 알려진 ZPA였다.한 가지 가설은 높은 농도에서 이 알려지지 않은 모포겐이 후면에 중센치메를 형성하게 하는 반면, 낮은 농도로 인해 전단에 중센치메를 형성하게 된다는 것이다.[5]이 모포겐을 식별하는 것은 다음 중요한 단계였다.첫 번째 가설은 레티노산을 사지 봉오리의 앞쪽 여백에 놓았을 때 미러 이미지 중복 결과가 나타난 티클 외 연구진으로부터 나왔다.[6]그러나 거울 영상 중복을 일으키는 레티노산 농도는 후부에서는 볼 수 없는 하류 유전자인 레티노산 수용체 베타(Beta)를 높은 수준으로 유도한다.[7]이제 내생성 레티노산은 사지봉오리가 시작되기 전에 순순히 작용하여 싹이 트게 하고, [8]쉿이라는 가설을 세운 구체적인 형태소체는 사지봉오리의 후부에서는 보통 레티노산과 독립적으로 발현된다는 것이 알려져 있다.[9]다른 유기체의 호몰로지를 신호하는 것을 살펴봄으로써, 고슴도치인 드로소필라의 분할 유전자가 유력한 후보 역할을 했다.[10]null

적절한 ZPA 신호와 전방/후방 사지 형성을 위해 Shi가 필요하다는 생각은 테스트가 필요했다.리들 외 연구진은 손더스와 가셀링스 연구 결과를 다음 단계로 가져갔고, 쉬가 전방 후방 패터닝에 필요한 ZPA 내의 형태소체라는 것을 증명했다.[9]쉿 유전자를 분리하여 앞다리 봉오리에 이식함으로써 미러 이미지 디지트 중복이 형성되었다.null

고립은 드로소필라와 마우스에 보존되고 사지 싹 형성에 관여하는 쉬의 순서에 해당하는 PCR 프라이머를 설계함으로써 수행되었다.그 복제품은 22단계 사지 버드 RNA로부터 cDNA 라이브러리를 선별하는 템플릿으로 사용되었다.이 그룹은 레트로바이러스 벡터를 이용해 병아리 세포에 cDNA를 삽입하는 방법으로 유전자를 엑토프로 표현했다.이 레트로바이러스 벡터는 특정한 종류의 조류만을 감염시키는 독특한 종류가 있다.따라서 이 집단은 E형 봉투단백질이 부족한 RCAS-E라는 레트로바이러스 벡터를 사용했으며 특정 병아리 배아 섬유블라스트를 쉿으로 감염시킬 수 있다.

Transfection.jpg

결과는 숫자 중복이 나타났고, 가장 흔한 것은 4-3-4, 숫자 2가 누락되었다.가변성은 있었지만, 전후위 위치패터닝과 분명히 일치했다.변형된 것은 이식된 조직의 양과 이식된 조직의 위치 때문이었다.이 발견들은 쉬가 ZPA의 기능을 대신할 수 있다는 것을 보여준다.그러므로 쉬는 ZPA 행동에 충분하다.null

중재자

쉿은 ZPA 기능을 조절하는 중요한 신호일 수 있지만, 쉿 신호와 관련된 유전자는 핸드2와 Hoxb-8을 포함한 ZPA 유지와 기능에 필요한 몇 가지 다른 요인의 지배하에 있다.발생 과정 내내 필요한 중요한 신호 분자인 레티노산은 Hox 유전자를 통해 작용한다.원래 레티노산이 호xb-8 유전자를 유도하는 작용을 한다고 가정했지만,[11] 이 가설은 아직 사지에 호xb-8을 표현하는 레티노산 합성이 부족한 생쥐 배아에서 유전자 연구가 뒷받침되지 않았다.[8]호xb-8 신호는 초기 배아에서 횡판 중간의 후단에서 시작하여 전방으로 확장되는 활성이다.Hoxb-8이 더 많은 전방 지역으로 확산되면서 ZPA가 될 지역에 쉬가 유도된다.쉿은 AER의 신호 때문에 전방 지역에서만 유도된다.Heikinhimo 등의 실험에 따르면 AER를 제거했을 때 FGF를 표현하는 구슬은 ZPA에서 쉬 신호를 유도하기에 충분하다.[12]따라서 AER에서 가능한 신호 계수는 FGF이다.null

Limbbud3.jpg

또한 AER를 제거하면, She는 더 이상 표현되지 않으며, ZPA는 더 이상 유지될 수 없다.긍정적인 피드백 메커니즘으로 작용하여 FGF-4는 ZPA 근처에 표현된다.[13]FGF-4는 쉬표현을 유지하기 위해, 쉬는 FGF-4표현을 유지하기 위해 행동한다.동시에 Wnt-7a는 등측 ectoderm으로 표현되며, FGF-4와 쉿에게 더욱 긍정적인 피드백을 제공한다.[14]이 시스템이 없으면 팔다리와 자릿수가 현저히 줄어들거나 없어진다.null

다운스트림 신호

쉿에 대응하여 활성화되는 다운스트림 타겟은 또 다른 도전을 제기한다.쉿 신호 인코딩 인자의 표적인 유전자로, 오토포드, 스타일로포드, 제우고포드의 형성을 유도한다.null

Bones23.jpg

Gli 아연 손가락 전사 인자의 활성화는 고슴도치 신호 경로를 통해 발생한다.사지발육에 필수적인 세 가지 Gli 요인이 있는데 Gli1, Gli2, Gli3이다.쉿이 없으면 Gli2와 Gli3는 압제자 형태로 처리되어 핵으로 이동하여 쉿 반응을 억제한다.그러나 쉿이 존재하면 가공되지 않은 Gli2와 Gli3는 핵 속으로 통과하여 Gli1을 포함한 Shi 표적 유전자의 발현을 자극할 수 있다.쥐에 대한 연구는 Gli3 녹아웃이 다극성 숫자를 가지고 있다는 것을 보여준다.[15]기본적으로 쉬는 Gli3에 대한 억압을 제거하기 위해 행동한다.Shi가 ZPA에서 확산되면 사지 봉오리의 후부에서 우세하여 후부에서 Gli3를 활성화하는 반면, Repressor는 여전히 전부에서 활동한다.이는 후부의 Hox 유전자와 FGF 유전자와 BMP 유전자와 같은 다른 유전자의 활성화로 이어져 디지트 패터닝을 설정한다.BMP는 사지 형태학, 구체적으로는 자릿수 위치 지정에 역할을 하지만 BMP의 구체적인 규제는 불분명하다.null

Limbud5.jpg

특히 Hox 유전자 A와 D는 ZPA 내에서 쉬에 의해 조절될 가능성이 높다.[16]Hox 유전자의 활성화의 3상은 내포된 패턴의 Hox 유전자의 발현과 평행하게 사지를 패터링하는 결과를 낳는다.이러한 유전자의 활성화는 궁극적으로 자릿수 발달을 초래하는 새로운 사지 축으로 귀결되며, 아마도 유전자 발현을 해석하여 자릿수 정체성을 부여할 수 있을 것이다.전체적으로 분자 ZPA는 여러 신호 센터에 대한 입력을 요구하지만 조직자 그 자체로 작용하여 병아리 사지의 앞쪽-뒤쪽 패팅을 유도한다.null

참조

  1. ^ a b Saunders JW (December 1998). "The proximo-distal sequence of origin of the parts of the chick wing and the role of the ectoderm. 1948". The Journal of Experimental Zoology. 282 (6): 628–68. doi:10.1002/(SICI)1097-010X(19981215)282:6<628::AID-JEZ2>3.0.CO;2-N. ISSN 0022-104X. PMID 9846378.
  2. ^ Todt WL, Fallon JF (1 November 1987). "Posterior apical ectodermal ridge removal in the chick wing bud triggers a series of events resulting in defective anterior pattern formation". Development. 101 (3): 501–15. ISSN 0950-1991. PMID 3502993.
  3. ^ Pearse RV, Tabin CJ (December 1998). "The molecular ZPA". The Journal of Experimental Zoology. 282 (6): 677–90. doi:10.1002/(SICI)1097-010X(19981215)282:6<677::AID-JEZ4>3.0.CO;2-F. ISSN 0022-104X. PMID 9846380.
  4. ^ Saunders JW, Gasseling MT (1968). "Ectodermal-mesenchymal interactions in the origin of limb symmetry". Epithelial-mesenchymal Interactions: 78–97.
  5. ^ Wolpert L (October 1969). "Positional information and the spatial pattern of cellular differentiation". Journal of Theoretical Biology. 25 (1): 1–47. doi:10.1016/S0022-5193(69)80016-0. ISSN 0022-5193. PMID 4390734.
  6. ^ Tickle C, Alberts B, Wolpert L, Lee J (April 1982). "Local application of retinoic acid to the limb bond mimics the action of the polarizing region". Nature. 296 (5857): 564–6. Bibcode:1982Natur.296..564T. doi:10.1038/296564a0. ISSN 0028-0836. PMID 7070499. S2CID 4242623.
  7. ^ Nohno T, Noji S, Koyama E, et al. (March 1991). "Involvement of the Chox-4 chicken homeobox genes in determination of anteroposterior axial polarity during limb development". Cell. 64 (6): 1197–205. doi:10.1016/0092-8674(91)90274-3. ISSN 0092-8674. PMID 1672266. S2CID 42393794.
  8. ^ a b Zhao X, Sirbu IO, Mic FA, et al. (June 2009). "Retinoic acid promotes limb induction through effects on body axis extension but is unnecessary for limb patterning". Curr. Biol. 19 (12): 1050–7. doi:10.1016/j.cub.2009.04.059. PMC 2701469. PMID 19464179.
  9. ^ a b Riddle RD, Johnson RL, Laufer E, Tabin C (December 1993). "Sonic hedgehog mediates the polarizing activity of the ZPA". Cell. 75 (7): 1401–16. doi:10.1016/0092-8674(93)90626-2. ISSN 0092-8674. PMID 8269518. S2CID 4973500.
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  11. ^ Lu HC, Revelli JP, Goering L, Thaller C, Eichele G (1 May 1997). "Retinoid signaling is required for the establishment of a ZPA and for the expression of Hoxb-8, a mediator of ZPA formation". Development. 124 (9): 1643–51. ISSN 0950-1991. PMID 9165113.
  12. ^ Heikinheimo M, Lawshé A, Shackleford GM, Wilson DB, MacArthur CA (November 1994). "Fgf-8 expression in the post-gastrulation mouse suggests roles in the development of the face, limbs and central nervous system". Mechanisms of Development. 48 (2): 129–38. doi:10.1016/0925-4773(94)90022-1. ISSN 0925-4773. PMID 7873403. S2CID 8587334.
  13. ^ Niswander L, Jeffrey S, Martin GR, Tickle C (October 1994). "A positive feedback loop coordinates growth and patterning in the vertebrate limb". Nature. 371 (6498): 609–12. Bibcode:1994Natur.371..609N. doi:10.1038/371609a0. ISSN 0028-0836. PMID 7935794. S2CID 4305639.
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  15. ^ Litingtung Y, Dahn RD, Li Y, Fallon JF, Chiang C (August 2002). "Shh and Gli3 are dispensable for limb skeleton formation but regulate digit number and identity". Nature. 418 (6901): 979–83. Bibcode:2002Natur.418..979L. doi:10.1038/nature01033. ISSN 0028-0836. PMID 12198547. S2CID 4431757.
  16. ^ Nelson CE, Morgan BA, Burke AC, et al. (1 May 1996). "Analysis of Hox gene expression in the chick limb bud". Development. 122 (5): 1449–66. ISSN 0950-1991. PMID 8625833.