Epiboly

Epiboly describes one of the five major types of cell movements that occur in the gastrulation stage of embryonic development of some organisms.[1] Epiboly is the spreading and thinning of the ectoderm while the endoderm and mesoderm layers move to the inside of the embryo.[2]

When undergoing epiboly, a monolayer of cells must undergo a physical change in shape in order to spread. Alternatively, multiple layers of cells can also undergo epiboly as the position of cells is changed or the cell layers undergo intercalation. While human embryos do not experience epiboly, this movement can be studied in sea urchins, tunicates, amphibians, and most commonly zebrafish.

Epibolic movement of cells during gastrulation

Zebrafish

General movements

Epiboly in zebrafish is the first coordinated cell movement, beginning at the dome stage late in the blastula period and continuing throughout gastrulation.[3] At this point the zebrafish embryo contains three portions: an epithelial monolayer known as the enveloping layer (EVL), a yolk syncytial layer (YSL) which is a membrane-enclosed group of nuclei that lie on top of the yolk cell, and the deep cells (DEL) of the blastoderm which will eventually form the embryo's three germ layers (ectoderm, mesoderm, and endoderm). The EVL, YSL, and DEL all undergo epiboly.

Schematic of Zebra Fish epiboly
Cartoon of a 4-hour post fertilization zebrafish embryo, before the initiation of epiboly

Radial intercalation occurs in the DEL. Interior cells of the blastoderm move towards the outer cells, thus "intercalating" with each other. The blastoderm begins to thin as it spreads toward the vegetal pole of the embryo until it has completely engulfed the yolk cell.[4] The EVL also moves vegetally during epiboly, increasing its surface area as it spreads. Work in the ray-finned fish fundulus has shown that no large rearrangements occur in the EVL; instead, cells at the leading edge of the EVL align and constrict.[5][6] The YSL also moves towards the vegetal pole, spreading along the surface of the yolk and migrating slightly ahead of the blastomeres.[7] Once epiboly is complete, the DEL, EVL, and YSL have engulfed the yolk cell, forming a closure known as the blastopore.

Molecular mechanisms of epiboly

Cytoskeletal and cell adhesion components

يتطلب اكتمال عملية التغليف الخلوي تنسيق التغيرات الهيكلية الخلوية في جميع أنحاء الجنين. ويبدو أن طبقة المح (YSL) تلعب دورًا بارزًا في هذه العملية. أظهرت الدراسات على سمكة الفوندولو أن طبقة المح قادرة على الخضوع لعملية التغليف الخلوي حتى بعد إزالة البلاستوديرم، إلا أن البلاستوديرم لا يمكنه الخضوع لهذه العملية في غياب طبقة المح. [ 8 ] في سمكة الزيبرا، توجد مجموعة من الأنابيب الدقيقة في المح تمتد من القطب الحيواني إلى القطب النباتي للجنين، وتتقلص مع تقدم عملية التغليف الخلوي. [ 9 ] يؤدي معالجة الأجنة بعامل نوكودازول، وهو عامل مُزيل لبلمرة الأنابيب الدقيقة ، إلى منع تغليف طبقة المح تمامًا ومنع تغليف البلاستوديرم جزئيًا، بينما يؤدي المعالجة بعامل تاكسول، وهو عامل مُثبت للأنابيب الدقيقة، إلى منع تغليف جميع طبقات الخلايا. [ 9 ] كما توجد أدلة على أهمية التراكيب القائمة على الأكتين في عملية التغليف الخلوي. لوحظت تراكيب حلقية الشكل من الأكتين الخيطي عند الحافة الأمامية للطبقة المغلفة، حيث تتصل بخلية المح. [ 10 ] يُعتقد أن شبكة من الأكتين الخيطي في المح قد تنقبض بطريقة تعتمد على الميوسين-II لإغلاق الفتحة الجنينية في نهاية عملية التغليف، عبر آلية تشبه "رباط المحفظة". [ 11 ] يؤدي علاج الأجنة بمثبط الأكتين سيتوكالاسين ب إلى تأخير أو توقف عملية التغليف. [ 10 ]

لا يزال الجدل قائمًا حول مدى كون حركات التغليف في طبقتي DEL وEVL حركات نشطة. [ 12 ] تتصل طبقة EVL بطبقة YSL عبر روابط محكمة . يُعتقد أن هذه الروابط تسمح لطبقة YSL بسحب طبقة EVL نحو القطب النباتي. [ 8 ] يُعدّ كلودين E جزيئًا موجودًا في الروابط المحكمة، ويبدو أنه يُعبَّر عنه في طبقة EVL، وهو ضروري لعملية التغليف الطبيعية في سمكة الزيبرا، مما يدعم هذه الفرضية. [ 13 ] بالإضافة إلى ذلك، تُظهر أجنة سمكة الزيبرا التي تفشل في تكوين طبقة EVL متمايزة بالكامل عيوبًا في حركات التغليف في طبقات DEL وEVL وYSL، مما يشير إلى ضرورة وجود طبقة EVL طبيعية لعملية التغليف في الطبقات الخلوية الثلاث. [ 14 ]

ثبت أن جزيء الالتصاق بين الخلايا، الإي- كاديرين، ضروري للتداخل الشعاعي للخلايا العميقة. [ 4 ] وتشارك العديد من الجزيئات الأخرى في عملية التلامس بين الخلايا في عملية تكوين الغلاف الخارجي لأسماك الزيبرا، بما في ذلك Gα (12/13) الذي يتفاعل مع الإي- كاديرين والأكتين ، بالإضافة إلى جزيء الالتصاق الخلوي EpCam في الطبقة الخارجية للبطن، والذي قد يُعدِّل الالتصاق بالخلايا العميقة الكامنة. [ 15 ] [ 16 ]

الإشارات

وُجد أن جزيء الفيبرونيكتين يلعب دورًا في التداخل الشعاعي. [ 17 ] تشمل مسارات الإشارات الأخرى التي يبدو أنها تعمل في عملية التغليف الخلوي مسار Wnt/PCP، [ 18 ] ومسار PDGF-PI3K، [ 19 ] وإشارات Eph-Ephrin، [ 20 ] وإشارات JAK-STAT، [ 21 ] وسلسلة كيناز MAP . [ 22 ]

الفقاريات الأخرى

لوحظت حركات الالتصاق الخلوي في الفقاريات. ورغم أن معظم الدراسات حول الالتصاق الخلوي أُجريت على الأسماك، إلا أن هناك أيضًا دراسات عديدة تتناول هذه الظاهرة في الضفدع الأفريقي ذي المخالب، زينوبوس ليفيس . تُظهر المقارنات بين الالتصاق الخلوي في السلويات والأسماك العظمية وزينوبوس ليفيس أن الحركة الرئيسية في الالتصاق الخلوي لدى الأسماك والضفدع هي التداخل الشعاعي، بينما يبدو في السلويات أنها انقسام خلوي في مستوى النسيج الطلائي. وتخضع جميع المجموعات لتغيرات في شكل الخلايا، مثل التسطح المميز للخلايا لزيادة مساحة سطحها. [ 23 ]

مراجع

  1. علم الأحياء النمائي، الطبعة العاشرة . سيناور أسوشيتس، 2014. الجدول 5.2.
  2. مبادئ التنمية (الطبعة الخامسة ). أكسفورد، المملكة المتحدة. 2015. ص 383. ISBN   978-0-19-967814-3.{{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  3. وارغا، آر إم، وكيميل، سي بي (أبريل 1990). "حركات الخلايا أثناء التكوين الجنيني والتكوين المعدي في سمكة الزيبرا" . التطور . 108 (4): 569-80 . doi : 10.1242/dev.108.4.569 . PMID 2387236 . 
  4. 1 2 دونالد أ. كين؛ كارين ن. مكفارلاند؛ راشيل م. وارغا (2005-03-01). "طفرات في جين هاف بيكيد/إي-كاديرين تعيق سلوكيات الخلايا الضرورية لعملية التغليف في الأسماك العظمية" . التطور . 132 (5): 1105-1116 . doi : 10.1242/dev.01668 . PMID 15689372 . 
  5. كيميل سي بي، ووارغا آر إم (نوفمبر 1987). "سلالة الخلايا غير المحددة في جنين سمكة الزيبرا". علم الأحياء التنموي 124 (1): 269-280 . doi : 10.1016/0012-1606(87)90478-7 . PMID 3666309 . 
  6. سي بي كيميل؛ آر إم وارغا؛ تي إف شيلينغ (1990-04-01). "أصل وتنظيم خريطة مصير سمكة الزيبرا" . التطور . 108 (4): 581-94 . doi : 10.1242/dev.108.4.581 . PMID 2387237 . 
  7. داميكو إل إيه، كوبر إم إس (ديسمبر 2001). " المجالات المورفوجينية في الطبقة المتزامنة للصفار في أجنة سمك الزيبرا المحورية" . ديف. داين . 222 (4): 611-24 . doi : 10.1002/dvdy.1216 . PMID 11748830. S2CID 41436032 .  {{cite journal}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  8. 1 2 بيتشاكو تي، ترينكاوس جيه بي (ديسمبر 1978). "علاقات التلامس، والنشاط السطحي، والخيوط الدقيقة القشرية للخلايا الهامشية للطبقة المغلفة، والطبقات المتزامنة للصفار والسيتوبلازمية للصفار في فوندولوس قبل وأثناء عملية التغليف". مجلة علم الحيوان التجريبي . 206 (3): 381-426 . doi : 10.1002/jez.1402060310 . PMID 568653 . 
  9. 1 2 ل. سولنيكا-كريزل؛ و. دريفر (1994-09-01). "مصفوفات الأنابيب الدقيقة في خلية صفار بيض سمكة الزيبرا: التنظيم والوظيفة أثناء التكوين الجنيني" . التطور . 120 (9): 2443-55 . doi : 10.1242/dev.120.9.2443 . PMID 7956824 . 
  10. 1 2 تشنغ جيه سي، ميلر إيه إل، ويب إس إي (أكتوبر 2004). "تنظيم ووظيفة الخيوط الدقيقة خلال مرحلة التغليف المتأخرة في أجنة سمك الزيبرا" . ديف. دين . 231 (2): 313-23 . doi : 10.1002/dvdy.20144 . PMID 15366008 . 
  11. ^ ماتياس كوبن. بياتريس جارسيا فرنانديز؛ لارا كارفاليو؛ أنطونيو جاسينتو؛ كارل فيليب هايزنبرغ (2006/07/15). "التغيرات المنسقة في شكل الخلية تتحكم في الحركة الظهارية في الزرد وذبابة الفاكهة" . تطوير . 133 (14): 2671– 81. دوى : 10.1242/dev.02439 . بميد 16794032 . 
  12. أ. بروس و ر. وينكلباور 03-P005 عملية التغليف في سمكة الزيبرا كنموذج لإعادة ترتيب خلايا الفقاريات، آليات التطور 126 (2009)
  13. صديقي م، شيخ ح، تران س، بروس أ (2010). "مكون الوصلات المحكمة كلودين إي ضروري لعملية التغليف في أسماك الزيبرا" . ديناميات النمو . 239 (2): 715-722 . doi : 10.1002/dvdy.22172 . PMID 20014098 . 
  14. فوكازاوا سي، سانتياغو سي، بارك كيه، ديري دبليو، غوميز دي لا توري كاني إس، هولترهوف سي، فاغنر دي إس (أكتوبر 2010). "يُعدّ جين poky/chuk/ikk1 ضروريًا لتكوين بشرة جنين سمكة الزيبرا" . علم الأحياء النمائي . 346 (2): 272-283 . doi : 10.1016/j.ydbio.2010.07.037 . PMC 2956273. PMID 20692251 .  
  15. فانغ لين؛ سونغهاي تشين؛ ديان س. سيبيتش؛ جينيفر راي بانيزي؛ شيري ج. كليندينون؛ جيمس أ. مارز؛ هايدي إي. هام؛ سولنيكا-كريزل، ل. (23 مارس 2009). "ينظم Gα12/13 عملية التغليف الخلوي عن طريق تثبيط نشاط الإي-كاديرين وتعديل الهيكل الخلوي للأكتين" . مجلة بيولوجيا الخلية . 184 (6): 909-21 . doi : 10.1083/jcb.200805148 . PMC 2664974. PMID 19307601 .  
  16. سلانشيف ك؛ كارني تي جيه؛ ستملر إم بي؛ وآخرون (يوليو 2009). مولينز، ماري سي (محررة). "جزيء التصاق الخلايا الظهارية EpCAM ضروري لتكوين الظهارة وسلامتها أثناء تكوين الظهارة ونمو الجلد في سمك الزيبرا" . PLOS Genet . 5 (7) e1000563. doi : 10.1371/journal.pgen.1000563 . PMC 2700972. PMID 19609345 .   
  17. مونغو مارسدن؛ دوغلاس دبليو. دي سيمون (15 سبتمبر 2001). "تنظيم استقطاب الخلية، والتداخل الشعاعي، والتكوين الخارجي في الضفدع الأفريقي: أدوار جديدة للإنترغرين والفيبرونيكتين" . التطور . 128 (18): 3635-47 . doi : 10.1242/dev.128.18.3635 . PMID 11566866 . 
  18. ^ م. هامرشميدت. واو بيليجري؛ إم سي مولينز؛ دا كين؛ م. براند؛ إف جي فان إيدن؛ م. فوروتاني سيكي؛ جراناتو، م؛ هافتر ، ف (1996/12/01). "الطفرات التي تؤثر على التشكل أثناء تكوين المعدة والذيل في سمك الزرد، دانيو ريريو" . تطوير . 123 (1): 143-51 . دوى : 10.1242/dev.123.1.143 . بميد 9007236 . 
  19. مارتينا ناجل؛ إميليوس تاهينسي؛ كارين سايمز؛ رودولف وينكلباور (1 يونيو 2004). "توجيه هجرة خلايا الأديم المتوسط ​​في مرحلة التكوين الجنيني المبكر لضفدع زينوبوس يتطلب إشارات عامل نمو الصفائح الدموية" . التطور . 131 (11): 2727-36 . doi : 10.1242/dev.01141 . PMID 15128658 . 
  20. أوتس إيه سي؛ لاكمان إم؛ باور إم إيه؛ وآخرون . (مايو 1999). "دور مبكر لتفاعل الإيفرين-إفرين خلال عملية التكوين الجنيني في الفقاريات" . ميكانيكا التطور . 83 ( 1-2 ): 77-94 . doi : 10.1016/S0925-4773(99)00036-2 . PMID 10381569 .  
  21. كونواي جي، مارغولياث إيه، وونغ-مادن إس، روبرتس آر جيه، جيلبرت دبليو (أبريل 1997). "كيناز Jak1 ضروري لهجرة الخلايا وتحديد الجزء الأمامي في أجنة سمك الزيبرا" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 94 ( 7): 3082-3087 . Bibcode : 1997PNAS...94.3082C . doi : 10.1073/pnas.94.7.3082 . PMC 20325. PMID 9096349 .  
  22. هولواي، ب. أ.، غوميز دي لا توري كاني، س.، يي، ي.، سلوسارسكي، د. س.، فرايزينغر، س. م.، دوش، ر.، تشو، م. م.، فاغنر، د. س.، مولينز، م. س. (مارس 2009). بارش، ج. س. (محرر). "دور جديد لـ MAPKAPK2 في التكوين الشكلي أثناء نمو سمكة الزيبرا" . PLOS Genetics . 5 (3) e1000413. doi : 10.1371 /journal.pgen.1000413 . PMC 2652113. PMID 19282986 .  
  23. سولنيكا-كريزل، ل. (مارس 2005). "أنماط محفوظة لحركات الخلايا أثناء عملية التكوين الجنيني في الفقاريات" . علم الأحياء الحالي . 15 (6): R213–28. doi : 10.1016/j.cub.2005.03.016 . PMID 15797016 .