Genová kontrola embryonálního vývoje tělní osy

Vývoj tělních os začíná před a také během průběhu 3. týdne těhotenství, kdy dochází k procesu gastrulace, čili vzniku 3 zárodečných listů (ektodermu, mesodermu a entodermu), a tedy i přeměně dvouvrstevného zárodečného terčíku v třívrstevný.

Rozeznáváme 3 druhy os:

• dorsoventrální (předozadní)
• kraniokaudální
• pravo-levá

Před gastrulací je potřeba exprimovat geny, které určí, kde se bude nacházet hlavová část embrya. Základem kraniokaudální osy je signalizace z buněk při kraniálním okraji zárodečného terčíku. Této oblasti se říká AVE (anterior visceral endoderm, přední viscerální entoderm). Zde dochází k exprimování genů LIM1, OXT2, HESX1 a dalších, které secernují faktor Cerebrus. Jak již bylo zmíněno, díky tomu dojde k určení umístění hlavového konce zárodku ještě před gastrulací.

Gastrulace začíná vytvořením primitivního proužku, jehož vznik je podmíněn signalizací faktorem NODAL (patří do skupiny TFG-beta = transformační růstový faktor beta). Nodal nejen iniciuje vznik proužku, ale také i primitivního uzlu, které oba bude i nadále udržovat.

Dorsoventrální osa

Jakmile se vytvoří primitivní proužek, začne celá řada genů regulovat tvorbu ventrálního a dorsálního mesodermu a struktury hlavového konce a ocasního hrbolku. . V rozsahu celého zárodečného terčíku se tvoří BMP4 (bone morphogenetic protein 4), který také patří do skupiny TGFbeta. BMP4 společně s FGF8 ventralizují mesoderm, díky čemuž vzniká lat. ploténka a intermediální mesoderm. Migraci buněk a jejich přeměnu umožňuje růstový faktor FGF8 (fibroblast growth factor 8), vytvářený buňkami primitivního uzlu.

Chordin, Noggin a Follistatin působí proti aktivitě BMP4 a dorsalisují kraniální mesoderm, který pak v hlavové části vytváří osovou strukturu chordu dorsalis, která leží pod později vznikající neurální trubicí. Chorda dorsalis je buněčná tyčinkovitá struktura vytvářející se již během 2. týdne!, její význam je jako dočasná opora těla. Geny Chordin, Noggin a Follistatin později produkuje i chorda dorsalis. V kaudální části embrya se řídí rozvoj struktur genem Brachyury.

Pravo-levá osa

Pravo-levé asymetrické uspořádání je založeno již v raném vývoji. Je výsledkem harmonického působením kaskády genů. Když se objeví primitivní proužek, secernují jeho buňky a buňky primitivního uzlu FGF8, který indukuje expresi Nodalu, ale pouze v levé polovině embrya! FGF8 nadále udržuje v laterální ploténce mesodermu expresi nejen Nodalu, ale i Lefty-2. Oba geny stimulují PITX-2, což je transkripční faktor obsahující homeobox, který zodopovídá za ustanovení levostrannosti. Proč vývoj kaskády řídící ustanovení pravo-levé osy začíná vlevo, je dosud tajemstvím.

Kraniokaudální osa

Embryo se vyvíjí v kraniokaudálním gradientu. Z paraaxiálního mesodermu se vytváří somity. Během 4. týdne rozlišujeme dematomyotomy a sklerotomy. Ze sklerotomů vzniká axiální skelet nahrazující chordu dorsalis. Z té nakonec se vytvoří meziobratlové destičky a ligamentum apicale. Všechny geny pro vznik somitů se tvoří v okolí, čili v chordě dorsalis, epidermis, mesodermu laterální ploténky a nerurální trubice. Pro vznik sklerotomů má zásadní význam SHH a Noggin vznikající z neurální trubice a spodinové ploténky. Sklerotomy vytvářejí gen PAX1 pro kosti a chrupavky.

Kraniokaudální osa je ovlivněna homeotickými geny HOX-A, HOX-B, HOX-C, HOX-D (nachází se na 4 různých chromosomech). Geny u 3' konce vytváří kraniální část, 5' kaudální. Tyto HOX geny kódují transkripční faktory, které spouští kaskádu reakcí, která vytváří kraniokaudální osu. Tyto HOX geny mají i drosdophily, na kterých se poprvé zkoumaly.

Odpověď na otázku, proč se embryo kraniokaudálně ohýbá, je relativně jednoduchá. Dochází totiž k tvorbě orgánových soustav a roste CNS. Zárodečný terčík se taktéž ohýbá příčně za vzniku postranní rýhy.