مقاله تنظیم صلاحیت تکوینی در طول اندام زایی اندودرم با پیام رسانی مکرر Wnt، BMP و RA (سال 2017 الزویر)

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

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.

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.