معلومة

كيف يتم تحديد نمط مسار الإخصاب قبل انقسام الخلية لتكوين الكيسة الأريمية؟ هل هي محددة بشكل فردي؟

كيف يتم تحديد نمط مسار الإخصاب قبل انقسام الخلية لتكوين الكيسة الأريمية؟ هل هي محددة بشكل فردي؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

بعد أن تلتقي الحيوانات المنوية بالبويضة ، تبدأ النواة غير النشطة في اتباع مسار معين داخل البيضة الملقحة بدلاً من أن تلاحق مسارًا. يُعرف هذا المسار بيولوجيًا باسم مسار الإخصاب (كما ورد في مقال في مجلة محلية باسم "المراسل العلمي"). لكن سؤالي كيف يتم تحديد نمط المسار؟ لقد عرفت من المقالة أن هذا المسار المحدد لكل فرد يكون محددًا للغاية. هل هذا صحيح؟ إذا كان الأمر كذلك ، فما الذي يحدده هذا المسار المحدد ولماذا يكون محددًا لكل فرد؟


بادئ ذي بدء ، المصطلح الأكثر شيوعًا هو "مسار الجماع" ، وأنا لا أثير يستخدم كمصطلح بيولوجي رسمي ، ولكن بالأحرى في نماذج للجمهور. المصطلح المستخدم في الأدب هو "اندماج نووي" للعملية ككل ، ولا أعرف مصطلحًا أكثر تقنيًا للمسار نفسه. ربما تم ربط عدم قدرتك على العثور على المعلومات بالمصطلحات المستخدمة.

على أي حال ، لا يحتوي مسار الجماع على قدر كبير من التباين مثل مسار الاختراق ، وهو ما يحدد مسار الجماع. يميل مسار الجماع إلى أن يكون خطًا مستقيمًا نسبيًا بين اثنين من النوى ، يمليهما ويدفعان على طول الهيكل الخلوي (Lian et al ، 2014). تجدر الإشارة إلى أنه غالبًا لا يكون أقصر خط مستقيم (فكر في عدد الخطوط بين كرة أصغر وأخرى أكبر) ، ولكنه لا يزال خطًا مستقيمًا نسبيًا. يميل الناس إلى الاهتمام بهذا ، لأنه مهما كان مسار الجماع ، فإنه يحدد محور الانقسام ، والذي يمكن أن يؤثر على تقنيات الإخصاب في المختبر ، وخاصة في النباتات.

الوصول إلى ما أعتقد أنك تحاول طرحه ، مسار الاختراق متغير لأنه ظاهرة متذبذبة. عليك في الواقع أن تعود في عملية الإخصاب إلى زاوية تأثير الحيوانات المنوية (Hedrih et al ، 2015 هو أروع نموذج رأيته من هذا) لترى كيف يمكن أن يتغير هذا.

لفهم ظاهرة التذبذب بشكل عام ، عليك أن تفهم أن الكثير من العمليات في علم الأحياء مدفوعة بالفوضى (المستخدمة في الشكل الرسمي منذ ذلك الحين) اهتزاز أو اهتزاز الجزيئات والتيارات الدقيقة السائلة. هذا يعني أنه لا يمكننا معرفة (بغض النظر عن مدى حساسيتنا) الشروط المحددة بما يكفي لإنشاء المسار المحدد. لا ترتبط هذه الأشياء بالجينات أو بالشخص بشكل عام (ربما نضح الطفرات / الاضطرابات التي تؤثر على شكل الحيوانات المنوية أو البويضة). بل هو خاص بأي تفاعل إخصاب واحد بسيط بسبب الصدفة / الفوضى.


Atl LED

أقوم حاليًا بجمع المزيد من الرسائل بعد اسمي ، لأنني قيل لي إن هذه الرسائل تساعدك في استبدال وقتك بأشياء تريدها.

تحرير استجابة للتغييرات: تلقيت المزيد من الرسائل بعد اسمي ، ولم تتم ترجمتها بعد إلى تبادل أفضل لوقتي مقابل الأشياء التي أريدها. باستخدام n من 2 ، ربما سأحاول مجموعة ثالثة من الحروف الملحقة.

لم يكن لدي تعليم رسمي في البرمجة. كل البرمجة التي أقوم بها عرضية لما أحاول القيام به ، لكنني سأكون ملعونًا إذا تركت segfault يوقفني.

شكرا لجميع المبرمجين الذين ساعدوني. تعال إلى Bio SE لمعرفة ما إذا كان بإمكاني مساعدتك.

عندما أقول إنني لم أحصل على تعليم رسمي في البرمجة ، أعني أنني لم أتلق أي تدريب على الإطلاق في أي علوم كمبيوتر ، ولم يتلق أي شخص أعمل معه أي تدريب. لقد استخدمت Debian و Biopup و SPSS و R لسنوات لأي شيء يستحق (مرة أخرى علمت نفسي تمامًا).

كن حذرًا من أن اتباع أي إجابات أقدمها قد يؤدي إلى خروج الليمور المصاب من جهاز الكمبيوتر الخاص بك ومهاجمتك في الليل.


كيف يتم تحديد نمط مسار الإخصاب قبل انقسام الخلية لتكوين الكيسة الأريمية؟ هل هي محددة بشكل فردي؟ - مادة الاحياء

أول قرارين لمصير الخلية في تطور الثدييات يخلقان أسلاف الخلايا الجذعية الجنينية ونوعين من الخلايا خارج المضغ ضروريين لنمو الجنين.

أثناء تكوين الكيسة الأريمية ، يتم تحديد مصائر الخلية مبدئيًا عن طريق إشارات الخلية ، ثم يتم تعزيزها بواسطة عوامل النسخ الخاصة بالنسب.

تتيح التطورات التكنولوجية في التصوير وتحليل التعبير الجيني رؤى جديدة في آليات تحديد مصير الخلية في الجنين المبكر للفأر.

تؤسس قرارات مصير الخلية الأولى أثناء نمو الثدييات الأنسجة الضرورية لحمل صحي. لقد خدم الفأر كنموذج قيم لاكتشاف المسارات التي تنظم قرارات مصير الخلية الأولى بسبب السهولة التي يمكن بها استعادة الأجنة المبكرة وتوافر ترسانة من الأساليب الكلاسيكية والناشئة للتلاعب بالتعبير الجيني. نلخص المسارات الرئيسية التي تحكم قرارات مصير الخلية الأولى في تطوير الماوس. تعمل هذه المعرفة كنموذج لاستكشاف كيف يمكن للخصائص الناشئة لنظام التنظيم الذاتي أن تنظم ديناميكيًا التعبير الجيني ودونة مصير الخلية. علاوة على ذلك ، فإنه يسلط الضوء على العمليات التي تؤسس لحمل صحي والخلايا الجذعية الجنينية. نصف أيضًا الألغاز التي لم يتم حلها والتقنيات الجديدة التي يمكن أن تساعد في التغلب على التحديات التجريبية في هذا المجال.


أساليب

الكواشف / المواد الكيميائية

الفلوروكرومات ج11تم الحصول على - بوديبي (4،4-ديفلورو-5- (4-فينيل-1،3-بوتادينيل) -4-بورا -3 أ ، 4 أ-ديزا-إس-إنداسين-3-أونديكانويك) ويوديد بروبيديوم (PI) من Invitrogen (يوجين ، أو). تم الحصول على جميع المواد الكيميائية الأخرى من شركة سيجما للكيماويات (سانت لويس ، ميزوري) ما لم ينص على خلاف ذلك.

تحضير الحيوانات والحيوانات المنوية

تم إيواء الحيوانات في مركز أبحاث الرئيسيات الوطني بكاليفورنيا وصيانتها وفقًا لبروتوكولات لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية (IACUC) في جامعة كاليفورنيا. تمت الموافقة على جميع الطرق التجريبية من قبل جامعة كاليفورنيا IACUC وفقًا للرابطة الطبية البيطرية الأمريكية وإرشادات وزارة الزراعة الأمريكية التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية.

تم الحصول على عينات السائل المنوي عن طريق القذف الكهربائي من 2 ذكور من قرود المكاك (مكاكا مولاتا) كما هو موضح سابقًا 16. تم جمع عينات السائل المنوي مباشرة في أنابيب طرد مركزي سعة 50 مل تحتوي على 5 مل من وسائط HEPES-Biggers و Whitten و Whittingham (BWW). بعد جمع السائل المنوي ، تمت إزالة المخثر وطرد العينات لمدة 8 دقائق. تم تخفيف الحبيبات في 5 مل HEPES-BWW تحتوي على 1 مجم / مل من كحول البولي فينيل (PVA) وتم تحديد الحركة الكلية والمتقدمة. تم وضع طبقتين ونصف مليلتر من السائل المنوي المخفف على 3 مل من 80 ٪ بيركول المخزن مؤقتًا وطردها عند 300 × جم لمدة 25 دقيقة كما هو موضح سابقًا. بعد الطرد المركزي ، تمت إزالة المادة الطافية الحبيبات التي تم غسلها مرتين في HEPES-BWW مع 1 مجم / مل من PVA (300 × جم ، 5 دقائق) وتم تعليق الحيوانات المنوية في BWW مع 1 مجم / مل PVA إلى تركيز نهائي قدره 25 × 10 6 / مل في 500 ميكرولتر. تم تحديد حركة الحيوانات المنوية وقابليتها للحياة في جميع القذف قبل كل تجربة باستخدام الطرق المبلغ عنها مسبقًا 15،19. تم تقييم الحركة الكلية والتقدمية للحيوانات المنوية عن طريق تحليل الحيوانات المنوية بمساعدة الكمبيوتر (CASA) باستخدام HTM Ceros ، الإصدار 14 (Hamilton Thorne Biosciences ، Inc ، Beverly ، MA). نظرًا لأن الحيوانات المنوية المعالجة بـ ROS فقدت قدرتها على الحركة بشكل كبير بعد العلاج ، قمنا أيضًا بتحليل حركية ما بعد العلاج باستخدام الحركة اليدوية وتقييم التقدم إلى الأمام وفقًا لمعايير الحيوانات المنوية البشرية التي وضعتها منظمة الصحة العالمية 20. تم وضع قطرة 10 ميكرولتر من تعليق الحيوانات المنوية على شريحة ووضع ساترة فوقها. تم عد ما لا يقل عن 200 حيوان منوي لكل شريحة وتم حساب قسامات ثلاثية للتقدم الكلي والأمامي. تم تخفيف الحيوانات المنوية إلى 1 × 10 6 حيوان منوي / مل وتحليلها عن طريق قياس التدفق الخلوي. تمت إضافة مسبار بروبيديوم يوديد (PI ، التركيز النهائي 12 ميكرومتر) خلال الدقائق الخمس الأخيرة من حضانات التحكم والمعالجة بحيث يمكن تمييز الخلايا البيروكسيدية الدهنية غير الصالحة عن الخلايا الحية التي تحتوي على الدهون باستخدام مقياس التدفق الخلوي (البيانات غير معروضة) . تم تحديد الجدوى من خلال النسبة المئوية للخلايا السالبة PI. تم إجراء قياس التدفق الخلوي باستخدام مقياس التدفق الخلوي FACScan (Becton-Dickenson ، Franklin Lakes ، NJ ، الولايات المتحدة الأمريكية) المجهز بليزر إثارة 488 نانومتر وتم تحليل البيانات باستخدام برنامج CellQuest (Becton-Dickenson). مسبار الشحوم الأسفار C11تم استخدام -BODIPY (4،4-ديفلورو-5- (4-فينيل-1،3-بوتادينيل) -4-بورا -3 أ ، 4 أ-ديزا- s-indacene-3-undecanoic acid) لتأكيد مستويات بيروكسيد الدهون في المستحثة معالجة الإجهاد التأكسدي كما ذكرت سابقا 15،19. الحيوانات المنوية التي تم اختيارها للحقن المجهري لم تخضع للـ C.11- تلطيخ الجسم باللمعان.

تحريض أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) في الحيوانات المنوية

تم استخدام نظام أوكسيديز زانثين-زانثين (XXO) لإنتاج ROS للحث على إنتاج ROS في الحيوانات المنوية لقرد الريس كما تم الإبلاغ عنه سابقًا 15،19،21،22. ينتج عن نظام XXO بشكل أساسي توليد أنيون فوق أكسيد وبيروكسيد الهيدروجين. حضنت الحيوانات المنوية بتركيز 25 × 10 6 / مل لمدة 135 دقيقة (T.135) مع أو بدون 1 مم من الزانثين و 1 مم أوكسيديز الزانثين عند 37 درجة مئوية ، 5٪ من ثاني أكسيد الكربون2 في الهواء. تم تقييم حركة الحيوانات المنوية عند 0 (T.0) و 135 دقيقة (T.135) وتمت معالجة العينات لتحديد الصلاحية وبيروكسيد الدهون. تمت إضافة معززات البيروكسيداز الدهني ، وكبريتات الحديدوز (1 ميكرومتر) وأسكوربات الصوديوم (5 ميكرومتر) إلى كلا العلاجين. تم غسل الحيوانات المنوية في BWW وطردها لمدة 3 دقائق عند 300 × جم. تم تخفيف الحيوانات المنوية التي تم اختيارها للحقن المجهري بشكل أكبر باستخدام BWW المحتوي على 1 مجم / مل من PVA إلى تركيز نهائي للحيوانات المنوية يبلغ 4 × 10 6 / مل.

التبويض ، جمع البويضات وحقن الحيوانات المنوية داخل الهيولى (الحقن المجهري)

تم اختيار الإناث التي تم تحديد موعد تشريحها لأسباب غير تناسلية ، مع تاريخ من دورات الحيض المنتظمة ، كمتبرعات للبويضات من أجل زيادة الإباضة وجمع البويضات. بدءًا من الأيام 1-4 من الحيض ، تم حقن الإناث بهرمون تحفيز الجريب البشري المؤتلف (rhFSH ، 30 وحدة دولية ، عضليًا (IM) ، مرتين يوميًا ، Follistim® ، Merck ، Whitehouse Station ، NJ) لمدة 6 أيام متتالية. في اليوم السابع ، تم إعطاء حقنة واحدة من مضاد الهرمون المطلق لموجهة الغدد التناسلية Acyline (75 ميكروغرام / كغ / وزن الجسم ، تحت الجلد). تم إعطاء حقن الهرمون اللوتيني البشري المنقى في البول وهرمون تحفيز الجريب البشري (hLH ، 30 وحدة دولية و hFSH ، 30 وحدة دولية) كحقن تحت الجلد مرتين يوميًا (Menopur ، Ferring Pharmaceuticals ، Parsippany ، NJ) أيام 7-8 من علاج الإباضة الفائقة. تم إعطاء حقنة واحدة من موجهة الغدد التناسلية المشيمية البشرية (1300 وحدة دولية ، IM ، Ovidrel® ، EMD Serono ، الولايات المتحدة الأمريكية) قبل 35 ساعة من الشفط الجريبي. في التشريح ، تم ثقب بصيلات المبيض المستأصل باستخدام إبرة معقمة مقاس 1.5 بوصة و 20 مقياسًا متصلة بضغط فراغ معتدل في أنابيب زراعة الأنسجة المعقمة 15 مل من وسط بايروفات لاكتات الألبومين في Tyrode المخزن مع HEPES (TALP-HEPES) عند 37 درجة C ونقلها على الفور إلى المختبر لاستعادة البويضات عند 37 درجة مئوية. تم اختيار الحيوانات المنوية ذات الحركة التدريجية فقط بشكل فردي لإنتاج الأجنة للتحكم في الحيوانات المنوية. تم إنتاج الأجنة باستخدام الحقن المجهري لبويضات الطور الثاني الناضج (MII) كما هو موصوف سابقًا باستخدام الحيوانات المنوية المعالجة بـ XXO والسيطرة على الحيوانات المنوية. تم اختيار الحيوانات المنوية ذات الحركة المرئية فقط التي تمت ملاحظتها على أنها ذات ذيول معتدلة الضرب على الأقل للحقن للحيوانات المنوية المُعالجة بـ XXO. تمت زراعة البويضات المحقونة في 25 ميكرولتر من وسط زراعة الأجنة Global® (LifeGlobal ، Guilford ، CT) مع مكمل بروتين مصل بنسبة 10 ٪ تحت الزيت (Ovoil® ، VitroLife ، الولايات المتحدة الأمريكية) وتم تربيتها عند 37 درجة مئوية في حاضنة مرطبة تحتوي على 6 ٪ كو2، 5٪ O2 و 89٪ ن2.

تقييم الأجنة

تم تقييم الأجنة في 16 ساعة بعد الحقن المجهري لوجود اثنين من النواة (PN) وتم نقلها إلى أطباق 25 بئر متخصصة (Auxogyn ، مينلو بارك ، كاليفورنيا) التي تسمح بثقافة جماعية من 25 جنينًا في قطرة واحدة 30 ميكرولتر من الوسط. مع تراكب 2 مل من الزيت. تمت زراعة الأجنة لمدة ستة أيام عند نسبة 6٪ من ثاني أكسيد الكربون2، 5٪ O2 و 89٪ ن2 في وسط Global® مكمل بمكمل بروتين مصل بنسبة 10٪ (LifeGlobal) من يوم 1 إلى يوم 3 وفي وسط Global® مكمل بنسبة 10٪ من مصل بقري جنيني (Invitrogen ، Carlsbad ، CA) من اليوم الثالث إلى اليوم 6.5. عند الانتهاء من التصوير بالفاصل الزمني في اليوم 6.5 ، تم تقييم جميع الأجنة لمعرفة عدد الخلايا وتطور الكيسة الأريمية وتصويرها على مجهر تباين الطور. تم تصنيف الكيسة الأريمية إلى كيسة أريمية مبكرة وكيسة أريمية كاملة وكيسة أريمية موسعة وكيسة أريمية تفقيس وفقًا لنظام تصنيف جاردنر 26،27،28.

التصوير بالفاصل الزمني غير الباضع

تم إجراء التصوير باستخدام نظام تصوير عالي الدقة للمجال المظلم بتقنية الفاصل الزمني يتضمن مجاهر متخصصة تتناسب مع حاضنة بحيث تتطور الأجنة دون إزالتها من الحاضنة لتغيير الوسائط 3،4،5،7. يسمح هذا بثقافة جماعية للأجنة داخل قطرة واحدة من الوسيط ، والتقاط الصور كل 5 دقائق مع التحويل إلى أفلام AVI وتحليل علامات وقت انقسام الخلايا الرئيسية (التقييم المبكر لجدوى الجنين [Eeva ™] (أوكسوجين ، مينلو بارك ، كاليفورنيا). تم تحليل كل جنين لأربعة معلمات انقسامية تم وصفها بالتفصيل 3،4،7 وعرضها بشكل تخطيطي في الشكل 1: P0 ، المدة من وقت الحقن المجهري حتى بداية الحركة الخلوية الأولى P1 ، مدة الحركية الخلوية الأولى التي ينتج عن خليتين ابنتيتين P2 ، الفاصل الزمني بين الانقسام الأول وبداية الانقسام الثاني P3 ، وتزامن الانقسام الثاني والثالث و P4 ، والوقت بين الانقسام الثالث والرابع الذي ينتج عنه مجموعتان من خلايا الحفيدة. تم تسجيل البيانات في جدول بيانات Microsoft Excel مع وحدات ماكرو لتحويل الصور المتسلسلة ذات الطابع الزمني إلى دقائق وساعات من الحضانة مع تمثيل كل إطار فيديو في فواصل زمنية مدتها خمس دقائق.

المعالم التنموية لجنين Rhesus لمدة الحركية الخلوية في أول خمسة أقسام انقسامية بعد الإخصاب عن طريق حقن الحيوانات المنوية داخل الهيولى (ICSI) وتوضيح حركية جنين الريس الطبيعي بما في ذلك أنواع الخطأ الانقسامي.

أقحم: صور تم التقاطها من فيديو التصوير بالفاصل الزمني غير الغازية تظهر (أ) أجنة ريسوس مكونة من خليتين ، (ب) أجنة ريسوس من 4 إلى 5 خلايا و (ج) أكياس أريمية موسعة. رسم توضيحي بواسطة كاثي ويست ، المركز القومي لأبحاث الرئيسيات بكاليفورنيا ، © 2014.

تقييم الانقسام غير الطبيعي

يتم تحديد معلمات الانقسام الطبيعي بشكل تخطيطي في الشكل 1. خلال عملية التحريك الخلوي الأولى ، ينقسم الجنين إلى قسيمتين متفجرتين متساويتين في الحجم. ينقسم أحد هذه القسيمات المتفجرة في البداية مما يؤدي إلى ظهور ثلاثة قسيم أرومي لفترة وجيزة وينقسم القسيم المتفجر الثالث عن طريق الانقسام الانقسامي مما ينتج عنه ما مجموعه أربعة قذائف انفجارية. نظرًا لأن هذه الانقسامات غير متزامنة في معظم الثدييات ، فهناك أعداد فردية عابرة من blastomeres. تم تنظيم أنماط الانقسام غير الطبيعية التي لوحظت في هذه الدراسة في 3 أنواع كما هو موضح في الشكل 1: النوع 1) الانقسام الأول مما أدى إلى ثلاثة أو أكثر من الأجنة في الحركة الخلوية الأولى ، النوع 2) التي تنقسم من جنين مكون من خليتين مباشرة إلى 4 - أو أكثر من المتفجرات 29. الأجنة من النوع 3 التي تحتوي على واحد أو مجموعة من الحالات الشاذة التالية: أ) الأجنة التي أعادت امتصاصها قبل الانقسامات الانقسامية 3 و 4 ب) بعد المرحلة المكونة من خليتين ، لا يخضع أحد الأبراج المتفجرة للانقسام الخيطي وواحد فقط من الاثنين الأصليين تساهم blastomeres في مشاركة الجنين في جميع الانقسامات اللاحقة ج) الأجنة سريعة الانقسام (التي تصورها رؤوس الأسهم) اللوحة د) الأجنة التي لديها مواقع انقسام متعددة في الملاحظة الأولى أو بعد ذلك أخرت بدء الحركة الخلوية ثم قسمت لاحقًا إلى خليتين هـ) الأجنة ذات 10-25٪ شظايا عند الانقسام الأول و f) الأجنة التي كانت غير متناظرة للغاية عند الانقسام الأول.

تلطيخ الأجنة والتصوير الفلوري

تم تثبيت الأجنة في محلول بارافورمالدهيد PIPES بنسبة 2٪ مع 0.5٪ Triton X-100 وحضنت لمدة 30 دقيقة عند 37 درجة مئوية. تم غسل الأجنة مرتين في 0.5 مل من محلول الحجب (PBS مع 5 ٪ BSA ، 0.5 ٪ FBS ، 62.4 ميكرومتر جلايسين و 0.01 ٪ Triton X-100) وتم نقلها إلى 0.5 مل من محلول الحجب واحتضانها لمدة ساعة واحدة. تم تحضين الأجنة بعد ذلك بشكل فردي في 10 ميكرولتر مع الأجسام المضادة أحادية النسيلة المضادة لـ α-tubulin-FITC المنتجة في الفأر (Sigma ، St. 37 درجة مئوية لمدة 1 ساعة. بعد غسل مرتين في 0.5 مل من محلول الحجب ، تم تحضينهم لمدة 10 دقائق في 0.4 مل من 10 ميكرومتر من Hoescht 3342. بعد التلوين ، تم تركيب الأجنة بشكل فردي في 13 ميكرولتر من الكاشف المضاد للتحلل من Prolong® Gold (Invitrogen ، Grand Island ، NY) على a الشريحة ، تم وضع ساترة بلطف لتغطية الجنين وتم السماح لذلك بالتصلب بين عشية وضحاها في درجة حرارة الغرفة قبل تصويرها. تم الحصول على صور للفحص المجهري متحد البؤر باستخدام عدسة 40 × / NA 1.0 على نقطة المسح الطيفي أوليمبوس FV1000 التي تقوم بمسح متحد البؤر بتشغيل برنامج Olympus FluoView الإصدار 2.1 (Olympus ، Inc. ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم تعيين خطوط الإثارة بالليزر وشقوق الكاشف بشكل مناسب لقنوات Alexa488 و DAPI (إثارة 488 و 358 نانومتر). تم تقليل الضوضاء في المقاطع البصرية الفردية عن طريق جمع عمليات المسح المتعددة لكل صورة ("ترشيح كالمان"). تم تسجيل صور تباين التداخل التفاضلي (DIC) باستخدام ضوء الإثارة غير الممتص عند 488 نانومتر. تم تسجيل صور ثلاثية الأبعاد بعد الحصول على صور z-stack تبلغ 1.62 ميكرومتر لكل شريحة بؤرية متسلسلة. استخدم برنامج Olympus FluoView لتصور الصور وتحليلها (أوليمبوس ، الولايات المتحدة الأمريكية).

إحصائيات

تم إجراء تحليل البقاء باستخدام حزمة البقاء على قيد الحياة في الإصدار R 3.0 (R Core Team 2013). على وجه التحديد ، تم تركيب منحنيات بقاء Kaplan-Meier منفصلة للأجنة بناءً على ما إذا كانت هناك فترة وجيزة بشكل غير معتاد تبلغ 1 ساعة بين قسمي الخلايا المكونة من خليتين وثلاث خلايا ("غير طبيعي") أو فترة تقسيم نموذجية أكثر من ساعة واحدة (" عادي"). تمت مقارنة منحنيات البقاء على قيد الحياة باستخدام اختبار Mantel-Haenszel مع عتبة p & lt 0.05 للدلالة. تمت مقارنة النسب المئوية للأجنة التي نتجت عن الأكياس الأريمية القابلة للحياة بعد التجميع حسب طول فترة الانقسام عن طريق اختبارات دقيقة ذات الحدين. تم إجراء مقارنات لبيانات P0 و P1 و P2 و P3 و P4 باستخدام اختبار الطالب T (برنامج JMP ، SAS Institute Inc. ، Cary ، NC). تم اعتبار الفروق ذات دلالة إحصائية عندما كانت قيم p & lt 0.05.


كيف تتطور البنية المستقطبة للكيسة الأريمية؟

في ضوء العلاقة بين قطبية الكيسة الأريمية والجنين اللاحق ، يبدو الآن أنه من السابق لأوانه استبعاد النمط المبكر في توجيه تطور أجنة الثدييات. في الواقع ، تشير الدراسات الحديثة إلى وجود اثنين على الأقل من إشارات النمو التي تعمل في بيضة الفأر لتوجيه التنظيم المحوري للكيسة الأريمية. وهكذا فقد ظهر أن كل من المحاور الحيوانية والنباتية والجنينية الجنينية لتناظر الكيسة الأريمية لها جذورها في المراحل المبكرة جدًا من التطور الجنيني.

الإشارات التنموية المبكرة وقطبية الكيسة الأريمية

يبدو أن أول دليل للنمط التنموي في بيضة الفأر يكون في قطب الحيوان. يتم تعريف هذا من خلال التقسيم الانتصافي الثاني حيث يوفر الجسم القطبي معلمًا ثابتًا يتماشى لاحقًا مع مستوى التناظر الثنائي للكيسة الأريمية (الشكل 1). على الرغم من أن موضع الجسم القطبي يختلف على طول هذا المستوى ، فقد وجد أن له ميلًا واضحًا للوقوع بالقرب من الحدود بين المناطق الجنينية والجنينية (Gardner ، 1997). وبالتالي ، فإن ثبات الجسم القطبي المربوط بسطح الجنين يوفر الرابط بين نقطة على سطح قطب الحيوان من البيضة الملقحة وموقعها في مرحلة الكيسة الأريمية. هل يمكن أن يشير هذا إلى علاقة مكانية بين تنظيم البيضة والكيسة الأريمية التي تعكس المحور النباتي والحيواني بأكمله؟ أظهر تتبع سلالات النتوءات المبكرة أن ليس فقط السطح القشري ولكن أيضًا المحتويات السيتوبلازمية للقطب الحيواني يتم نقلها إلى منطقة الكيسة الأريمية التي تقع بجوار الجسم القطبي (Ciemerych et al. ، 2000). وبالمثل ، يتم نقل المحتويات السيتوبلازمية للقطب النباتي إلى المنطقة المقابلة من الكيسة الأريمية. ونتيجة لذلك ، أصبحت الخلايا المشتقة من القطب النباتي والحيواني مستلقية على طرفي نقيض من محور ذي قطبية تستمر منذ مراحل الانقسام المبكر.

يرتبط المؤشر المكاني الثاني الذي يساهم في وضع القطبية الجنينية بموضع دخول الحيوانات المنوية (Piotrowska and Zernicka-Goetz، 2001). من خلال تعليم مخروط الإخصاب ، وهو هيكل عابر يتكون بعد اختراق الحيوانات المنوية (Piotrowska and Zernicka-Goetz ، 2001) ، أو عن طريق وضع العلامات المباشرة على الحيوانات المنوية نفسها (Plusa et al. ، 2002) ، كان من الممكن تتبع مصير الغشاء في موقع دخول الحيوانات المنوية من خلال التقسيمات اللاحقة حتى مرحلة الكيسة الأريمية. قدمت هذه الدراسة ثلاث رؤى. أولاً ، يميل مستوى الانقسام الأولي إلى تحمل علاقة مخلصة مع موضع دخول الحيوانات المنوية على سطح البويضة (SEP). كانت علامة SEP عادةً تقع بالقرب من ثلم الانقسام ، على سطح أحد القاذفتين المتفجرتين. ومن ثم ، يبدو أن موقع كل من الجسم القطبي و SEP يتنبأ بمستوى الانقسام الأول. ثانيًا ، القسيم الأرومي المكون من خليتين والذي يرث SEP لديه ميل قوي (75٪) للانقسام في وقت أبكر من أخته ، مما يساهم في عدم التزامن المعروف جيدًا لتقسيم الخلايا المتفجرة المبكرة (Bennett، 1982 Piotrowska and Zernicka-Goetz، 2001 ). ثالثًا ، في معظم الأجنة (81٪) التي وُضعت فيها علامة SEP في أول مستوى انقسام ، وجد لاحقًا أنها تحدد الحدود بين المناطق الجنينية وغير المضغية للكيسة الأريمية (Piotrowska and Zernicka-Goetz، 2001). وبالتالي ، يشير موقع علامة SEP عند هذه الحدود إلى أن موضع مستوى الانقسام الأول يفصل بين الأجزاء الجنينية والأجزاء الجنينية المستقبلية من الكيسة الأريمية. تشير هذه النتائج معًا إلى أن إدخال الحيوانات المنوية نفسه يحدد إشارة موضعية تؤثر على اتجاه وتوقيت الانقسامات المبكرة أو تحدث بشكل تفضيلي في موقع مثل هذا الإشارات. في النهاية ، سيشكل هذا محاذاة المحور الجنيني-الجنيني للكيسة الأريمية. كما لوحظت العلاقة بين مستوى الانقسام الأول والمحور الجنيني-الجنيني في دراسة أخرى (جاردنر ، 2001). في هذه الحالة ، تم استخدام قطرات الزيت لتمييز مناطق المنطقة الشفافة فيما يتعلق بالسمات الأساسية لأجنة الفئران المكونة من خليتين. تم تقييم هذه فيما بعد فيما يتعلق بالتنظيم المحوري للكيسة الأريمية ، عندما وجد أيضًا أن اتجاه الانقسام الأول يتنبأ بالحدود الجنينية الجنينية.

كانت هذه النتائج غير متوقعة. لم يكن هناك وزن حقيقي فقط لفكرة أن موضع دخول الحيوانات المنوية قد يكون مرتبطًا بالتطور المكاني لجنين الفأر ، ولكن أيضًا كان يُعتقد أن الانقسام الأول موجه بشكل عشوائي حول المحور النباتي الحيواني. علاوة على ذلك ، لم يكن يُعتقد أن المحور الجنيني-الجنيني لجنين الفأر يمكن توقعه في أقرب مرحلة ممكنة من التطور اللاقحي ، في وقت انشقاقه الأولي. أخيرًا ، أدت هذه النتائج إلى التنبؤ المفاجئ بأن القسيمات المتفجرة الناشئة عن الانقسام الأول للانقسام ستتبع مصيرًا مختلفًا: أحدهما يساهم بشكل أساسي في الأجزاء الجنينية والآخر في الأجزاء غير المضغية من الكيسة الأريمية. لم يكن مثل هذه الدرجة من "النمذجة المسبقة" متوقعة لأنه ، للوهلة الأولى ، بدا أنه يتعارض مع تكافؤ الإمكانات وبالتالي سذاجة الفئران المتفجرة المبكرة. ومع ذلك ، فقد تم طرح نموذج يستوعب مرونة الخلايا المتفجرة المكونة من خليتين (قدرتها على المساهمة في كل من سلالات الأديم الظاهر و ICM) مع تقسيم الجنين إلى أجزاء جنينية وأخرى غير مضغية في المستقبل بواسطة الانقسام الأول. في هذا النموذج ، تم التنبؤ بأن قسيم أرومي واحد مكون من خليتين يساهم بشكل أساسي في تكوين نسل للأديم الظاهر الجداري وإلى خلايا ICM السطحية التي يمكن أن تشكل أديمًا داخليًا بدائيًا ، في حين تم توقع أن القسيم الأرومي الآخر يساهم في نسل الأديم الظاهر القطبي وخلايا ICM الأساسية. سيصبح الأديم الخارجي في المقام الأول (Piotrowska and Zernicka-Goetz، 2001 Gardner، 2001). هل يمكن تقديم دعم لهذه الفرضية عن طريق تتبع سلالات قسيم أرومي للجنين المكون من خليتين سليمين؟

الأجنة ثنائية الخلية لها قطبية تتنبأ بالمحور الجنيني الجنيني

أكد تتبع السلالة السابقة للخلايا المتفجرة المكونة من خليتين عن طريق الحقن داخل الخلايا من بيروكسيديز الفجل أن كلا الخليتين يساهمان في ICM والأديم الظاهر ، لكنه لم يكشف عن أي ميل لهذه الخلايا للمساهمة بشكل تفضيلي في المناطق الجنينية أو غير المضغية من الكيسة الأريمية (بالاكير وبيدرسن ، 1982 جاردنر ، 1997). يبدو أن هذه النتيجة تدعم الاستنتاج القائل بأن قطبية الكيسة الأريمية لا تنبثق من الزخرفة المكانية في الجنين السابق. ومع ذلك ، هناك بعض المخاطر المرتبطة بهذا التفسير النهائي. وذلك لأن تلك الدراسات لم تأخذ في الاعتبار إمكانية أن يؤدي الحقن المجهري داخل الخلايا للواسمات إلى تأخير انقسام الخلية ، وبالتالي تغيير ترتيب الانقسام والتأثير على مصير الخلية (دايس وآخرون ، 1987).

وبالتالي ، فإن مسألة ما إذا كان مصير المتفجرات يمكن تمييزه في المرحلة المكونة من خليتين قد أعيد التحقيق فيه باستخدام نهج بديل. في هذا ، تم تطبيق علامات الفلورسنت خارجيًا على الخلايا ، وهذا دون إزعاجها جسديًا ، وتم استخدام التصوير متحد البؤر لتحليل الأقسام الفردية من الكيسة الأريمية الناتجة (Piotrowska et al. ، 2001). كان الهدف من هذا العمل هو فحص مساهمة كل من القسيمتين المتفجرتين في ثلاثة أجزاء من الكيسة الأريمية ، والجزء الجنيني ، والجزء غير المضغي ومنطقة الحدود بينهما (الشكل 6). تم تعريف المنطقة الحدودية على أنها طبقة عميقة مكونة من خلية واحدة تقريبًا من ICM المجاورة للهامش الداخلي للكروم الأريمي الذي من المتوقع أن ينشأ منه الأديم الباطن البدائي. أوضحت هذه الدراسة أنه ، كما يُفترض ، تمتلك الخلايا المتفجرة المكونة من خليتين ميلًا قويًا للسكن إما في الأجزاء الجنينية أو غير المضغية من الكيسة الأريمية (الشكل 6). علاوة على ذلك ، فإن القسيم الأرومي الذي يساهم بشكل تفضيلي في الجزء الجنيني يتبرع أيضًا بعدد أكبر من الخلايا إلى المنطقة الحدودية. لذلك ، يوفر هذا العمل دعمًا للنموذج الأخير الذي يقترح أن مصائر المتفجرات يمكن تمييزها بالفعل في المرحلة المكونة من خليتين (Piotrowska and Zernicka-Goetz، 2001 Gardner، 2001).

قدمت دراسة نسب الخلية هذه أيضًا فرصة لتحديد ما إذا كان الانقسام المبكر أو اللاحق المكون من خليتين قسيم أرومي استعمر أجزاء معينة من الكيسة الأريمية. تم اقتراح احتمال أن ترتيب تقسيم قسيم أرومي قد يتنبأ بالموضع النهائي للأحفاد داخل الكيسة الأريمية سابقًا (Graham and Deussen ، 1978). لكن الاستنتاجات السابقة بدت متضاربة إلى حد ما. في حين أظهرت بعض الدراسات أن الإنقسامات المبكرة للانقسامات قدمت مساهمة غير متناسبة في ICM (Kelly et al.، 1978 Graham and Deussen، 1978 Spindle، 1982 Surani and Barton، 1984 Garbutt et al.، 1987a) ، أظهر آخر أن لديهم الميل إلى الارتباط بالجوف الأريمي الناشئ وبالتالي المنطقة غير المضغية من الكيسة الأريمية (Garbutt et al. ، 1987b). نتيجة لذلك ، ظلت أهمية ترتيب التقسيم للقطبية الجنينية غير مستقرة. من المفهوم أن الفضول حول هذه المشكلة قد أعيد إيقاظه من خلال الملاحظة التي مفادها أن قسيم الانفجار المكون من خليتين في وقت سابق هو الجزء الذي يرث الجزء من سطح البويضة الذي تم اختراقه بواسطة الحيوانات المنوية. في الواقع ، لقد لوحظ أن قسيم أرومي الانقسام المبكر هو الذي يساهم بشكل تفضيلي في الجزء الجنيني من الكيسة الأريمية (Piotrowska et al. ، 2001). يشير هذا إلى أنه ليس فقط الاتجاه ، ولكن أيضًا قطبية المحور الجنيني-الجنيني للكيسة الأريمية يمكن التنبؤ بها بالفعل من خلال نمط الانقسام المبكر (الشكل 7). نظرًا لأن هذا القطبية تتجلى عادةً على أنها الانقسام المبكر للقسيم الأرومي المكون من خليتين والذي حصل على جزء البويضة حيث دخلت الحيوانات المنوية ، يمكن إرجاع عدم التناسق الجنيني الجنيني في النهاية إلى الأحداث التي شوهدت عند الإخصاب.

العلاقة بين المحاور الحيوانية والنباتية والجنينية الجنينية

يوفر فهم مصير الخلايا المتفجرة ثنائية الخلية أيضًا نظرة ثاقبة لمصادر الاختلاف في الطريقة التي يتم بها تنظيم الكيسة الأريمية التي تم اكتشافها ، ولكن لم يتم تفسيرها ، من خلال الدراسات السابقة. ويرجع ذلك إلى أن توزيع ذرية اثنين من blastomeres كشف أن الحد النسيلي بينهما ، والذي يعكس مستوى الانقسام الأول ، لم يكن في كثير من الأحيان موازيًا تمامًا للحدود الجنينية-الجنينية (Piotrowska et al. ، 2001). بدلاً من ذلك ، أظهر عادةً بعض الإزاحة الزاوية (الميل) من هذه الحدود. وبالتالي ، كانت المنطقة الحدودية مشغولة بشكل عام بالخلايا المشتقة من كل من الخلايا المتفجرة المكونة من خليتين ، على الرغم من أن المساهمة الأكبر كانت من منطقة الانقسام اللاحق. نظرًا لأن موقع الجسم القطبي يعكس نقطة على مستوى الانقسام الأول ، يجب أن يختلف موضعه فيما يتعلق بالمحور الجنيني-الجنيني ، كما يفعل مستوى الانقسام نفسه. قد يفسر هذا الآن التباين في موقع الجسم القطبي الذي لوحظ سابقًا (Gardner، 1997 Ciemerych et al.، 2000). وبالمثل ، يمكن أيضًا فهم التباين بين اتجاه مستوى الانقسام الأول (كما هو محدد بواسطة موضع دخول الحيوانات المنوية ، أو كما هو موضح في المنطقة الشفافة العلوية) وتوجيه الحدود الجنينية الجنينية من هذا المنظور.

ومن المثير للاهتمام ، أنه حتى في الأجنة التي تظهر ميلًا ضئيلًا بين الحد النسيلي لنسل الخلايا المتفجرة المكونة من خليتين والحدود الجنينية-الجنينية ، غالبًا ما يتم اشتقاق خلايا ICM السطحية من نهايات المحور النباتي والحيواني من مرحلة ثنائية الخلية مختلفة أسلاف (الشكل 6). هل يمكن أن يكون لهذا عواقب للتطور اللاحق؟ تتبع خلايا معينة داخل هذه المنطقة مصيرًا مختلفًا ، اعتمادًا على موقعها على المحور النباتي الحيواني (Weber et al. ، 1999). ومع ذلك ، على الرغم من أنه من المغري جدًا التفكير في أن السلوك المختلف للخلايا الموجودة على طرفي نقيض من هذا المحور قد يعكس أصولها من الخلايا المتفجرة المتميزة المكونة من خليتين ، فإن اكتساب نظرة ثاقبة على هذا يتطلب مزيدًا من التجارب الدقيقة.

من المثير للاهتمام أن موضع دخول الحيوانات المنوية ، ومستوى الانقسام الأول والحدود بين المناطق الجنينية وغير المضغية مرتبطة ببعضها البعض ، ولكن بشكل متفاوت. في هذه المرحلة ، هناك العديد من الاحتمالات التي يمكن أن تفسر مثل هذا التباين. أولاً ، يمكن أن يكون هناك عامل (عوامل) غير معروف حتى الآن في البويضة التي تؤثر على اتجاه المحور الجنيني-الجنيني والتي لها أيضًا علاقة مكانية محددة بمستوى الانقسام الأول [انظر الشكل. 5 في Piotrowska et al. (Piotrowska وآخرون ، 2001)]. ثانيًا ، قد يساهم التباين في موضع دخول الحيوانات المنوية على طول المحيط النباتي الحيواني للبويضة في التباين في اتجاه المحور الجنيني - الجنيني. Third, stochastic factors could influence the position where the blastocyst cavity forms with respect to the first cleavage plane. Currently it is difficult to distinguish between these alternatives, or eliminate any others, because of lack of basic information on the molecular and cellular nature of polarity at the onset of mammalian development.

What is the molecular and cellular basis for early patterning of the mouse embryo?

The polar body at the animal pole and the SEP at the egg surface provide markers that enable recognition of orderly cell deployment during the first few days of mouse embryo development. But what is it at the animal pole that predicts spatial patterning, and what is the molecular nature of the positional cue associated with the SEP? Also the mechanisms by which these positional cues achieve their effects on the early patterning of the embryo remain unknown. It seems likely that the animal pole of the egg has its origin in the process of oocyte maturation. Specifically this is when, after germinal vesicle breakdown, the meiotic spindle that forms in a relatively central position of the oocyte moves to its cortex. Does the spindle move to the nearest region of the cortex as one study suggests (Verhlac et al., 2000), or is it responding to some inconspicuous asymmetrically distributed ‘factor’? There are descriptions of various properties that distinguish the animal pole of the egg from its vegetal counterpart, but whether these have significance for polarity of the oocyte or zygote is also unknown. For example, the properties of the egg surface overlying the meiotic spindle (i.e. the animal pole) are different from those around the rest of the egg surface (Eager et al., 1976 Nicosia et al., 1977 Phillips and Shalgi, 1980 Wolf and Ziomek, 1983 Maro et al., 1984 Maro et al., 1986 Longo and Chen, 1985 Calarco, 1991). Some of these surface asymmetries could explain why the sperm penetrates the mouse oocyte preferentially at regions other than its animal pole (Evans et al., 2000). It is striking that phytohemaglutinin-coated beads used to mark the egg surface where the sperm entered tended to retain their position relative to other surface markers from egg to blastocyst stages. Martin Johnson has pointed out that this could indicate the presence of some ‘solid islands (of surface matrix) in a sea of otherwise fluid lipids’ (Johnson, 2001). Perhaps these islands or even continents are linked through some underlying cortical cytoskeletal structure. Whatever their structure, some surface features of the egg appear to be preserved throughout these developmental stages.

The vegetal pole, and thus animal-vegetal polarity, also becomes evident within the egg. For example, pulsatile waves of Ca 2+ release that occur in response to fertilisation are initiated near the sperm entry point, then move towards the vegetal pole (Kline et al., 1999 Deguchi et al., 2000). There is also an asymmetric distribution of mitochondria (Van Blerkom and Runner, 1984 Calarco, 1995) along the animal-vegetal axis. Although no maternal transcripts have yet been found to be asymmetrically distributed in mouse eggs, as occurs in other systems, location of certain proteins, including leptin and Stat3, correlates with the animal-vegetal axis in the egg and later embryo (Antczak and Van Blerkom, 1997). Nevertheless the functional significance of these findings still remains unclear.

The events triggered by fertilisation in the mouse zygote are equally poorly understood. In organisms such as C. ايليجانس و Xenopus, sperm entry stimulates cytoskeletal reorganisation that redistributes cytoplasmic constituents within the egg so they will be asymmetrically inherited. في Xenopus, this is accomplished by cortical rotation in response to sperm entry (for a review, see Gerhart, 1991 Vincent and Gerhart, 1987), which changes the relative distribution of maternal factors such as dishevelled protein (Miller et al., 1999). في C. ايليجانس, sperm entry triggers cytoplasmic fluxes that establish asymmetric distribution of molecules, which are important in the subsequent development of embryonic polarity such as Par proteins (for a review, see Bowerman and Shelton, 1999 Goldstein and Hird, 1996 Wallenfang and Seydoux, 2000 Kemphues, 2000). To date there are no reports, however, showing that the mouse egg acquires an asymmetric distribution of its molecular components in response to fertilisation. Where egg constituents have been found to redistribute in response to sperm entry, this has often been linked to the influence of sperm components, such as the centrosome, on the egg cytoskeleton. Although no sperm centriole has been observed in the mouse egg, sperm penetration does bring about cytoskeletal re-organisation (for a review, see Maro, 1985). This includes formation of the fertilisation cone, which is associated with local changes in actin filament distributions that overlie the nascent male chromatin. Thus, the possibility cannot be discounted that sperm entry is responsible for cytoskeletal reorganisation and subsequent events in mouse eggs as it is in other animals. However, we also cannot at present exclude that the position of sperm entry around the radial circumference of the egg could be influenced by some feature of the oocyte itself. One way to gain insight into the role of the SEP versus the oocyte in setting up the first cleavage plane is to study blastocyst patterning in the absence of the SEP, namely, in parthenogenetically activated eggs. Such experiments are currently in progress in my laboratory.

But what can account for distinguishable fates of the first two mouse blastomeres? There is currently no evidence to support the view that their differential fate could be a consequence of first cleavage dividing the zygote into halves with different constituents. Even if the first cleavage were such a differentiative event, the demonstrated plasticity of blastomeres after experimental re-arrangement suggests that their fate is not determined solely by such intrinsic factors. Our limited understanding of what generates polarity in normal development of the mouse egg and of mechanisms at work during regulative development leaves open other possibilities. For example, regulating the pattern and order of the cleavage divisions may provide a way to specify embryonic axes. The cell that inherits the SEP typically cleaves earlier than its sister. This could confer a developmental advantage, allowing the descendants of the first dividing blastomere to initiate their developmental programme earlier, thereby specifying their fate. If such a process were perturbed, the other cell might acquire such advantage. But how inheritance of the sperm entry site confers a division advantage in the cleaving embryo and whether this type of preference defines the architecture of the blastocyst remain entirely hypothetical.


Beyond the Blastocyst

What Is Beyond the PE? Parietal and Visceral Endoderm and Yolk Sac Formation

Following formation of the PE at the blastocyst stage, the next steps in development of this lineage are formation of the PaE, which lines the luminal surface of the mural TE, and the VE, which remains in contact with and surrounds the extraembryonic ectoderm and EPI ( Fig. 2A). The functions of VE and its derivative, the anterior VE, in anteroposterior patterning are beyond the scope of this review and are thoroughly and expertly reviewed elsewhere [ 81, 82]. Here we discuss mechanisms involved in PaE and VE differentiation in the context of yolk sac formation.

Lineage relationships in development of the parietal and visceral endoderm and yolk sacs are shown. أ) Mouse conceptuses at the late blastocyst stage (E4.5) and at E6.5 and E7.5 show the relationship between primitive endoderm (PE) and the parietal yolk sacs (PaYS) and visceral yolk sacs (VYS) later in development. Tissues derived from trophoblast are shown in blue extraembryonic endoderm is in green (parietal, light green visceral, dark green) extraembryonic mesoderm is in pink and EPI is in red (blastocyst) and white (at E6.5 and E7.5, respectively). Reichert membrane is shown in gray. TGC, trophoblast giant cell. لوحة أ was adapted from Rossant and Tam [ 53] with permission. بد) Intraplacental yolk sac after E14.5. ج) The boundary is shown between the cells of the labyrinth and the allantoic mesoderm and extension of the yolk sac cavity within the labyrinth to form the IPYS. *, sinus of Duval light green, parietal endoderm dark green, visceral endoderm. د) Enlargement of boxed area in panel ج. Squamous epithelial cells might be derived from parietal endoderm (light green), and columnar epithelial cells might be derived from visceral endoderm (dark green). F, fetal blood space M, maternal blood sinus.

Lineage relationships in development of the parietal and visceral endoderm and yolk sacs are shown. أ) Mouse conceptuses at the late blastocyst stage (E4.5) and at E6.5 and E7.5 show the relationship between primitive endoderm (PE) and the parietal yolk sacs (PaYS) and visceral yolk sacs (VYS) later in development. Tissues derived from trophoblast are shown in blue extraembryonic endoderm is in green (parietal, light green visceral, dark green) extraembryonic mesoderm is in pink and EPI is in red (blastocyst) and white (at E6.5 and E7.5, respectively). Reichert membrane is shown in gray. TGC, trophoblast giant cell. لوحة أ was adapted from Rossant and Tam [ 53] with permission. بد) Intraplacental yolk sac after E14.5. ج) The boundary is shown between the cells of the labyrinth and the allantoic mesoderm and extension of the yolk sac cavity within the labyrinth to form the IPYS. *, sinus of Duval light green, parietal endoderm dark green, visceral endoderm. د) Enlargement of boxed area in panel ج. Squamous epithelial cells might be derived from parietal endoderm (light green), and columnar epithelial cells might be derived from visceral endoderm (dark green). F, fetal blood space M, maternal blood sinus.

After implantation, PaE ultimately contributes to the parietal yolk sac, which acts as a protective layer to supports and facilitates transport of nutrients between the uterine tissue and the yolk sac cavity [ 83]. PaE consists of an outer layer of trophoblast giant cells in contact with cells of the uterus, a layer of PaE cells lining the embryonic surface of the implantation site, and a basement membrane (Reichert membrane) sandwiched between the two [ 3, 83]. Formation of the parietal yolk sac involves migration of PaE cells along the luminal surface of the TE. The F9 teratocarcinoma-derived embryoid body outgrowth system has been used to show migration is directed by the noncanonical Wnt planar cell polarity pathway via RHO/ROCK signaling [ 84, 85]. Reichert membrane is composed of collagen, laminin, entactin, and dystroglycan secreted by the PaE [ 86– 88]. SOX7 is important in the process of parietal yolk sac formation as in F9 cells, RA-stimulated Sox7 expression induces GATA4 and GATA6 activation, leading to differentiation of PaE from PE as well as production of laminin1 and collagen IV [ 63]. In an independent study of F9 cells, the PaE-specific expression of lamininα1 was also shown to be under the control of SOX7 and SOX17 [ 89]. The formation of PaE and, consequently, the parietal yolk sac is essential for embryonic development, as highlighted by knockout of the dystroglycan gene, resulting in disruption of Reichert membrane and, subsequently, early embryonic lethality [ 88].

Differentiation of PE to VE occurs in those cells of the PE that remain in contact with either the EPI or the ExE [ 3]. As stated previously, VE is important for mediating signals controlling differentiation and patterning of the EPI [ 5, 81], and interestingly, VE has also recently been shown to contribute a small number of cells to the developing gut, a finding that suggests that segregation of extraembryonic and embryonic lineages within the embryo is not as strict as previously believed [ 90]. However, VE also contributes to the visceral and intraplacental yolk sacs ( Fig. 2). The visceral yolk sac functions to facilitate exchange of nutrients, oxygen, and waste products between the embryo and the maternal environment [ 91] and is formed at around E7.5, after the association of VE with an inner layer of extraembryonic mesoderm [ 3]. This mesodermal layer is derived from cells of the posterior primitive streak that undergo a series of complex morphogenetic movements. Mesoderm lines the inner surface of the VE and also contributes to formation of the proamnion and the chorion ( Fig. 2A) [ 3]. Following formation of the visceral yolk sac, blood islands begin to form within and are limited to its mesodermal layer. Blood island formation marks the beginning of the first events of embryonic hematopoiesis and vasculogenesis. The VE plays an inductive role in this process through several signaling pathways, such as RA, VEGF, and TGFB [ 91– 93]. Later in pregnancy, after chorio-allantoic attachment and concomitant with the onset of labyrinth development, the intraplacental yolk sac (IPYS) begins to form. The IPYS refers to epithelial cells that are an extension of the yolk sac cavity that expands into the chorio-allantoic placenta at the border of the labyrinth layer and the allantoic mesoderm ( Fig. 2, B–D). This yolk sac cavity extension creates a space, referred to as the sinus of Duval [ 94, 95]. The sinus of Duval is lined by two types of epithelium, high columnar epithelium and squamous epithelium. The basement membranes of each epithelium type face the fetal blood vessels and maternal blood sinuses in the chorio-allantoic disc, respectively. Columnar epithelium may be a derivative of the visceral yolk sac endoderm, while squamous epithelium likely derives from the PaE. These inferences were made based on morphology and the fact that both the visceral yolk sac endoderm and the columnar epithelium of the sinus of Duval express the vitamin D-dependent 9-kDa calcium binding protein (calbindin-D9k) [ 94, 95]. Furthermore, it has been shown that cells of the IPYS express PDGFRA and that PGDFRA is required for proper development of the IPYS [ 95]. Interestingly, while the function of the IPYS is not particularly well characterized, the expression of several calcitropic genes, including the PTHLH (PTHrP), PTHrP receptor, calcium receptor, calbindin-D9k, Ca 2+ -ATPase, and vitamin D receptor genes have lead to the hypothesis that IPYS may play a role in maternal-fetal calcium exchange [ 94, 96].

From TE to ExE

Following implantation, the TE of the blastocyst gives rise to many different subtypes of trophoblast cells that facilitate interaction with the uterus and, ultimately, form the functional placenta. Cells of the mural TE (not in contact with the ICM) make contact with uterine epithelium and undergo terminal differentiation. The resulting trophoblast giant cells are postmitotic, migrate into the uterine tissue, and line the developing implantation site. The bulk of the developing placenta, however, is formed from the polar TE that overlays the ICM [ 97– 101]. These cells proliferate to give rise to the ExE, which later forms the chorionic ectoderm and is the source of undifferentiated trophoblast stem cells, providing progenitors for the ectoplacental cone and, later, all of the different trophoblast subtypes required to form the mature placenta [ 100– 102].

التعبير عن Eomes [ 11, 103], Cdx2 [ 104, 105], and Esrrb [ 106– 108] transcription factors is required for the maintenance and proliferation of the ExE. This, in turn, is dependent in large part upon fibroblast growth factor 4 (FGF4), which is required not only for the proliferation of the ICM and development of the embryonic ectoderm following implantation [ 109] but is also essential for the derivation and maintenance of trophoblast stem cells in vitro [ 98, 110, 111]. كما، Fgf4 expression occurs in the ICM and following implantation in the developing EPI [ 112, 113]. Its receptor, Fgfr2, is expressed in a complementary pattern in the polar TE and ExE [ 114]. The mechanism by which FGF4 signals involves the extracellular regulated kinase (ERK) MAP kinase pathway. Several studies support this hypothesis. أولا، Mapk1 (Erk2) mutant mice die shortly after implantation due to a defect in ExE and ectoplacental formation [ 115, 116]. More recently, two groups have investigated the mechanism of FGF4 signaling and have shown in one study that FGF4 signals through the SRC/RAS/ERK pathway to inhibit the proapoptotic protein, BIM, thereby promoting trophoblast stem cell survival [ 117]. In a second study of TS cells in vitro, FGF4 was shown to activate the SRC/RAS/ERK pathway through FRS2, which resulted in the maintenance of Cdx2 expression [ 118]. FRS2 had previously been shown to be essential for maintenance of trophoblast stem cell self-renewal in response to FGF4 [ 111].

In coordination with FGF4, members of the TGFB superfamily of growth factors, specifically TGFB, activin, and nodal, are necessary for regulation of trophoblast proliferation and differentiation within the ExE and in trophoblast stem cell cultures [ 93, 119– 121]. In vitro studies have shown that TGFB or activin together with FGF4 are sufficient to support the proliferation and pluripotency of undifferentiated trophoblast stem cells in culture [ 119, 121]. In contrast, nodal is not [ 121]. However, while TGFB ligands and receptors are expressed in the uterine tissue as well as in the developing embryonic and extraembryonic tissues, mouse mutants have not revealed an essential role for this pathway in the trophoblast cell lineage [ 93, 122, 123]. Conversely, mutations in the type I activin receptor (Acvr1b) in mice result in early embryonic lethality, and mutants display a disorganized EPI and ExE at E6.5 [ 124]. Activin mutants have been made and have no obvious placental phenotypes [ 125– 127]. However activin is encoded by three distinct subunit genes, and although single- and double-mutation mice have been reported, triple-mutation mice have not been reported. Nodal mutants display a phenotype similar to that of Acvr1b mutants however, a hypomorphic mutation in nodal results in placental defects affecting trophoblast cells of the labyrinth, the spongiotrophoblast, and the trophoblast giant cell layers [ 128]. More insight has come from two studies in which NODAL, produced as an immature pro-protein by the EPI, was shown to act on the ExE to maintain expression of the subtilisin-like proprotein convertases FURIN and PACE4 [ 129]. In turn, FURIN and PACE4 cleaved the NODAL pro-protein into its mature, active form, thereby providing a source of active Nodal that then acted on the EPI to maintain FGF4 expression as well as to specify anterior VE and mesoderm in the embryo [ 120, 129]. Taken together with findings from in vitro studies of trophoblast stem cells, these results imply that NODAL is unlikely to act directly on trophoblast stem cells to maintain proliferation and pluripotency but rather acts through the maintenance of FGF4 in the EPI. Instead, activin may be important in vivo for trophoblast stem cells. Interestingly, experiments with trophoblast stem cells in vitro suggest that activin and TGFB may also have an active role in controlling differentiation of trophoblast cells in the absence of FGF4 [ 121]. In that study [ 121], activin, but not TGFB, was shown to significantly prolong Gcm1 expression, a marker of syncytiotrophoblast, while delaying the expression of markers of trophoblast giant cells. Conversely, TGFB appeared to preferentially promote the expression of markers of trophoblast giant cells [ 121]. Additional studies will be required to further investigate the relationships between these proteins as well as others in controlling trophoblast stem cell maintenance and differentiation.


خلفية:

Blastocyst morphology is a predictive marker for implantation success of in vitro fertilized human embryos. Morphology grading is therefore commonly used to select the embryo with the highest implantation potential. One of the challenges, however, is that morphology grading can be highly subjective when performed manually by embryologists. Grading systems generally discretize a continuous scale of low to high score, resulting in floating and unclear boundaries between grading categories. Manual annotations therefore suffer from large inter-and intra-observer variances.

طريقة:

In this paper, we propose a method based on deep learning to automatically grade the morphological appearance of human blastocysts from time-lapse imaging. A convolutional neural network is trained to jointly predict inner cell mass (ICM) and trophectoderm (TE) grades from a single image frame, and a recurrent neural network is applied on top to incorporate temporal information of the expanding blastocysts from multiple frames.

نتائج:

Results showed that the method achieved above human-level accuracies when evaluated on majority votes from an independent test set labeled by multiple embryologists. Furthermore, when evaluating implantation rates for embryos grouped by morphology grades, human embryologists and our method had a similar correlation between predicted embryo quality and pregnancy outcome.

الاستنتاجات:

The proposed method has shown improved performance of predicting ICM and TE grades on human blastocysts when utilizing temporal information available with time-lapse imaging. The algorithm is considered at least on par with human embryologists on quality estimation, as it performed better than the average human embryologist at ICM and TE prediction and provided a slightly better correlation between predicted embryo quality and implantability than human embryologists.


Specification and Determination

During the differentiation process, cells gradually become committed towards developing into a given cell type. Here, the state of commitment may be described as "specification" representing a reversible type of commitment or "determination" representing irreversible commitment.

Although the two represent differential gene activity, the properties of cells in this stage is not completely similar to that of fully differentiated cells. For instance, in the specification state, cells are not stable over a long period of time.

There are two mechanisms that bring about altered commitments in the different regions of the early embryo.

Cytoplasmic Localization - This occurs during the earliest stage of embryo development. Here, the embryo divides without growth and undergoes cleavage divisions that produce blastomeres (separate cells). Each of these cells inherit a given region of the cytoplasm of the original cell that may contain cytoplasmic determinants (reuratory substances).

Once the embryo becomes a morula (solid mass of blastomeres) it is composed of two or more differently committed cell populations. The cytoplasmic determinants may contain mRNA or protein a given state of activation that influence specific development.

الحث - In induction, a substance secreted by one group of cells causes changes in the development of another group. During early development, induction tends to be instructive in that tissue assumes a given state of commitment in the presence of the signal.

In induction, inductive signals also evoke various responses at varying concentrations which results in the formation of a sequence of groups of cells, each being in a different state of specification.

During the final phase of cell differentiation, there is formation of several types of differentiated cells from one population of stem cells of the precursor. Here, terminal differentiation occurs both in embryonic development as well as in tissues during postnatal life.

Control of the process largely depends on a system of lateral inhibition. That is, cells differentiating along a given pathway send out signals which repress similar differentiation by the neighboring cells. A good example of this is with the developing CNS of vertebrates (central nervous system).

In this system, neurons cells from the tube of neuropithelium possess a surface receptor known as Notch and a cell surface molecule known as Delta that can bind to the Notch of adjacent cells and activate them.

This activation results in a cascade of intracellular events that ultimately result in the suppression of Delta production as well as the suppression of neuronal differentiation. As a result, the neuropithelium ends up only generating a few cells with high expression of Delta surrounded by a larger number of cells with low expression of Delta.


مقدمة

In current in vitro fertilization (IVF) practice, day 3 (d3) cleavage embryo transfer is routine in many assisted reproductive technology centers. To achieve satisfactory pregnancy outcomes, embryos are usually selected according to standardized scoring criteria for transfer typically determined by cell number, cell symmetry and fragmentation [1]. Cell number is the most critical indicator for development potential, as it can directly reflect an embryo’s ability for cell cycle progression. It is generally accepted that d3 human embryos with good developmental potential should develop to the 7–8 cell stage [1]. Studies have shown that embryos with either lower or higher cell numbers have significantly reduced developmental potential[2–4]. Furthermore, it has also been reported that the proportion of blastocysts that appeared to be normal was significantly higher among d3 embryos with 7–9 cells (41.9%) compared to embryos with less than 7 cells (13.8%) or more than 9 cells (27.5%)[3]. This phenomenon was also evident in embryos with low cell numbers, whereby transferring 4-cell embryos resulted in a significantly higher implantation rate (23%) than transferring of 2-cell (12%) or 3-cell embryos (7%) in d2[2]. It has been indicated that embryos with lower cell numbers experience more fragmentation, where mean blastomere size decreased significantly with increasing degree of embryonic fragmentation, and highly fragmented embryos showed a 43–67% reduction in blastomere volume compared with embryos with no fragmentation [5]. The release of large fragments at an early stage may deplete the embryo of essential organelles and structures such as mitochondria and pinocytotic caveolae, which are involved in the uptake of exogenous proteins, and may lead to growth arrest [6]. Other human studies have been seemingly contradictory, suggesting that embryos with high cell numbers form the highly desired, good quality blastocysts (4AA or better) with the greatest clinical potential, in comparison to the other d3 embryo cleavage groups [7–9].

In recent years, with the aid of time-lapse technologies, objective and accurate information, such as timing of development and division behavior, can be recorded and annotated. Blastocyst formation [10], blastocyst quality [11], implantation [12–14] and live birth [15] can be predicted by specific time-lapse parameters. A number of studies have reported that certain division behaviors, such as direct division from 1 cell to ≥3 cells, can influence growth rate and decrease blastocyst formation and implantation [12, 16, 17]. Time-lapse studies have consistently indicated that embryos that cleave at intermediate time-points have significantly improved chance of implantation, when compared with embryos that have either developed faster or slower. Furthermore, embryo viability has also been associated with a tightly regulated sequence of cellular events that begin at the time of fertilization[18]. However, there is limited understanding of embryo division behavior and its association with embryo cell number.

In the current retrospective study, we aim to understand division behavioral characteristics in embryos with different growth rates, identify cell cycle progression patterns in embryos with varying cells numbers, and determine the relationship between growth rate, division behavior and developmental potential.


Clinical applications of early development

Disturbances in these early stages of development are usually so severe the embryo does not survive to become a fetus, let alone be born. However, clinical conditions exist related to these early stages and to oral health.

Figure 6.33: An example of body plan duplication. Image credit: “ Polydactyly 01 Lhand AP " by Drgnu23 is licensed under CC BY-SA 3.0

Homeobox gene mutations

Mutations to homeobox gene can cause entire structures to be missing, or to develop in the wrong location. Early experiments on flies led to observations of legs where antennae should be located, or antennae where wings should be located. There are a few homeobox-related genetic disorders in humans. Homeobox-related disorders are rare because the mutations are usually lethal, but when they aren’t the conditions are often severe. A small list is found in Table 6.4

Absent or under-developed hair follicles, teeth, nails and/or sweat glands

Apert syndrome

Apert syndrome is caused by a mutation in the receptor for the morphogen FGF . It is categorized by a wide range of symptoms, including cranial deformations and syndactyly (fusion of digits). FGF is involved in the formation of the pharyngeal arches ← (covered in the next chapter), which explains the craniofacial abnormalities. Relevant to this chapter is the ability of FGF (like many نمو factors ) to inhibit apoptosis ← . Having a mutation that causes an FGF receptor to be on all the time inhibits apoptosis in the hand and foot paddles. Regions of apoptosis are required to produce fingers and toes, hence this mutation leads to syndactyly. Partial disturbances to FGF signals can lead to partial syndactyly, or webbing of the fingers or toes.

Otherwise there aren’t many mutations to apoptosis signal transduction cascade ← genes that lead to congenital disorders . Does this mean apoptosis isn’t important to development? No, quite the opposite, it is essential. As a result, humans have redundancy when it comes to triggering apoptosis. We mentioned earlier that loss-of-function mutations require mutating both alleles for a physical change to occur, like only needing one of your two feet to operate the brakes on a car. Now imagine having 8 legs. Studing the roles of apoptosis in the development of mice shows that removing both alleles of the pro-death signal BAX has no effect, nor does removing both alleles of the pro-death signal BAK, but removing all 4 causes mice to die during the embryonic period after failing to form a functional nervous system and heart. Removing BOK, BAX and BAK is even more lethal ( if you are wondering how something can be more lethal, here is further reading ). The important concept here is that apoptosis is absolutely esential to development, and as a result human cells are really good at doing it. And people who study apoptosis must be very good at tongue-twisters.

Figure 6.35: Image credit:: "Michael Berryman, actor" by Stefan Borggraefe is licensed under CC BY 4.0

Ectodermal Dysplasia (part 1 of 2)

Problems with the induction of neural crest cells during neurulation leads to disturbances in the formation of teeth, hair follicles , salivary glands and other structures. What these have in common is they are all specialized structures of the ectoderm , induced by neural crest cells to differentiate . In a healthy embryo, ectodermal cells receive morphogens which activate or inactivate the correct transcription factors to trigger differentiation into neural crest cells. Neural crest cells migrate to distant regions of the body, determine their location by interacting with morphogens in the ground substance ← , and release other morphogens to induce regions of ectoderm to differentiate into sweat glands, salivary glands, tooth buds or hair follicles. Disruption of this process leads to a condition named Ectodermal Dysplasia .

This group of syndromes is rare, with only 7,000 cases worldwide, but there are at least 40 different genes implicated. Compare that to Sickle Cell Disease, which currently affects over 100,000 الأمريكيون (predominantly African Americans, Hispanic Americans, Greek Americans, Turkish Americans and Italian Americans), all due to mutations in a single gene , Hemoglobin-Beta. The point of this comparison is to highlight متي these genes are expressed . The induction of ectodermal stem cells to proliferate and differentiate into different appendages is complex and occurs during embryogenesis. Mutation in the morphogens, the morphogen receptors, the second messengers or transcription factors and downstream genes that are activated to induce differentiation are all possible targets that cause Ectodermal Dysplasia. Mutations in these genes in a neural crest cell leads to a disruption in any of the subsequent cells induced by this new cell type, similar to the way tackling the ball carrier in soccer (football) disrups the gameplay of any of his or her potential passing targets. By comparison, only red blood cells express hemoglobin-beta, and since they are terminally differentiated cells, they do not become any other cell type. Obviously red blood cells are an important cell type, one that develops early in embryogenesis, but the symptoms of Sickle Cell Disease present less of a spectrum than the types of diseases we have been discussing, such as Ectodermal Dysplasia.

We discuss Ectodermal Dysplasia further in Chapter 8 as we cover tooth eruption ← .

Figure 6.36: Gaten John Matarazzo III, actor and CCD activist. Image credit: "Gaten John Matarazzo III" by Gage Skidmore, is licensed CC BY SA 3.0

Cleido-cranial Dysostosis

Cleido-cranial dysostosis (CCD) is a congenital disorder caused by a mutation to a transcription factor required for the differentiation of bone and teeth. It is required to trigger osteo-chondro-progenitor cells to exit the cell cycle and differentiate into osteoblasts . It is also re-used to induce the differentiation of odontoblasts . Furthermore, after teeth have formed, this transcription factor is re-used to activate the expression of a matrix metalloproteinase enzymes necessary for remodeling of the alveolar sockets. Without this enzyme, retention of deciduous teeth occurs. Dental implants or dentures (such as the ones the actor and CCD-philanthropist Gaten John Matarazzo III received in Fig. 6.36) are the preferred treatment. In addition, a person with CCD may have small clavicles and changes to shape of the skull– those are bones that form by intra-membranous ossification . This illustrates two major concepts in development. First, many structures form one way, but are remodeled later to serve a different function (teeth form by folding inwards, they later move outwards). Secondly, many different patterns in embryology are re-used ( recapitulated ), such as the removal of tissue during neural crest cell migration or the removal of tissue during tooth eruption ← .

Figure 6.37: Illustrations of Spina Bifida, which occurs due to incomplete closure of the neural tube. Image credit: "3D Medical Animation still shot of Spina bifida in an infant " by scientific animations is licensed under CC BY-SA 4.0

السنسنة المشقوقة

Incomplete closure of the neural tube , or spina bifida , can result from a lack of adequate levels of folate during pregnancy. There are other less-common risk factors, such as taking certain anti-siezure medications or poorly managing diabetes during pregnancy. Folic acid is used in a wide variety of biological processes, but it is believed its role in methylation of DNA during differentiation is most important in spina bifida. Because neurulation occurs so early in development (week 4), waiting until a woman knows she is pregnant to prescribe folic acid supplements is often too late to be effective. Prescribing supplements to women who beleive they استطاع get pregnant is better, or supplementing common foodstuffs like flour is even more effective for a populace as a whole.

Figure 6.38: Differentiation of stem cells limits their cell fate (e.g. neuromesenchymal stem cells of dental pulp can potentially differentiate into odontoblasts or heptatocytes, given the right morphogens, but odontoblasts can’t become hepatocytes and hepatocytes can’t become odontoblasts). Image credit: “ Figure 3 ” by Beatriz A. Ro Isdas-Junco et al, is licensed CC BY 3.0

Stem cell therapies

When cells terminally differentiate , they permanently inactivate un-needed genes by methylation and storage around histones . Researchers are learning ways to reverse this process , and guide differentiated cells to revert to a stem-cell ← state. This raises the possibility of promoting regeneration of tissues that do not otherwise regenerate , removing the need for tissue grafting or transplantation. Because some dental tissues do not regenerate well, there is potential for these technologies to be applied to the oral cavity, such as growing biological dental implants instead of using metals and ceramics. However, more interest has been placed on acquiring mesenchymal stem cells من عند dental tissues . For instance, stem cells isolated from maxillary third molars have been used in clinical trials to improve healing and reduce the need for transplanted tissue in maxillofacial surgery . Because of their potential to differentiate into a wide array of cells, great interest has been placed on collecting dental stem cells to treat diseases unrelated to the oral cavity. With the correct morphogens and plenty of dental stem cells, it may be possible to reverse the damage caused by disease such as Alzheimer’s Disease (AD) and Parkinson’s Disease (PD), spinal trauma, myocardial infarction (heart attack), and Muscular Dystrophy (MD). The lineage of the cells that produce dentin, pulp, cementum and the periodontium helps explain the link from teeth to neurodegenerative disoders. What else will you do with those extracted third molars?


How the pattern of fertilization path is determined before the cell division to form the blastocyst? Is it individually specific? - مادة الاحياء

Methylation of DNA is involved in tissue-specific gene control, and establishment of DNA methylation pattern in the genome is thought to be essential for embryonic development. ثلاثة أشكال متساوية من Dnmt1 (DNأ مethylرransferase 1) transcripts, Dnmt1s, Dnmt1o، و Dnmt1p, are produced by alternative usage of multiple first exons. Dnmt1s is expressed in somatic cells. Dnmt1p is found only in pachytene spermatocytes, whereas Dnmt1o is specific to oocytes and preimplantation embryos. Here we determined that there is a tissue-dependent differentially methylated region (T-DMR) in the 5′ region of Dnmt1o but not in that of the Dnmt1s/1p. The methylation status of the Dnmt1o T-DMR was distinctively different in the oocyte from that in the sperm and adult somatic tissues and changed at each stage from fertilization to blastocyst stage, suggesting that active methylation and demethylation occur during preimplantation development. The T-DMR was highly methylated in somatic cells and embryonic stem cells. Analysis using Dnmt-deficient embryonic stem cell lines revealed that Dnmt1, Dnmt3a, and Dnmt3b are each partially responsible for maintenance of methylation of Dnmt1o T-DMR. In particular, there are compensatory and cooperative roles between Dnmt3a و Dnmt3b. Thus, the regulatory region of Dnmt1o, but not of Dnmt1s/1p, appeared to be a target of DNA methylation. The present study also suggested that the DNA methylation status of the gene region dynamically changes during embryogenesis independently of the change in the bulk DNA methylation status.

This work was supported in part by the Program for Promotion of Basic Research Activities for Innovative Biosciences and by Grants-in-aid for Science Research 15080202 and 15208027 (to K. S.) and 16380226 (to S. T.) from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology. The costs of publication of this article were defrayed in part by the payment of page charges. This article must therefore be hereby marked “advertisement” in accordance with 18 U.S.C. Section 1734 solely to indicate this fact.

Present address: Biotechnology Division, National Livestock search Institute, 77 Chuksan Gil, Kwonsun-Ku, Suwon, Korea.


شاهد الفيديو: الانقسام الميوزى وأهم ملاحظاته Meiosis...قناه الوراثيون Geneticists (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Dolkree

    سيكون لدينا كل ما نريده فقط! الشيء الرئيسي هو عدم الخوف!

  2. Faegrel

    رائع!

  3. Giollabrighde

    أعني أنك لست على حق. اكتب لي في PM.

  4. Mogor

    فكرة ممتازة

  5. Hiero

    لديك تفكير مجرد



اكتب رسالة