פתיחה וחזרה
בשיעור הקודם הוגדרו הצירים הראשוניים של העובר לפני הגסטרולציה, ובעיקר הציר anterior-posterior. ה־DVE נודד והופך ל־AVE, וכך מוגדר הצד האנטריורי. הצד הנגדי נהיה הצד הפוסטריורי, ושם מתחילה הגסטרולציה.
השיעור הנוכחי נכנס לגסטרולציה עצמה: איך ה־Primitive Streak (PS) מתחיל, איך תאי Epiblast יוצאים ממנו, לאן הם נודדים, ואיך מתוך התהליך הזה נוצרים ה־Mesoderm, ה־Definitive endoderm ובהמשך גם ה־Notochord.
הקו המארגן:
Epiblast
↓ EMT + ingression through PS
Mesoderm / Mesendoderm
↓ migration + organization
Germ layers + Notochord
↓
base for Organogenesis
גסטרולציה אינה רק “יצירת שלוש שכבות” - זה תהליך שבו תאים יוצאים בזמן מסוים, ממקום מסוים, ונודדים במסלול מסוים. לכן, כדי להבין גורל תאי בגסטרולציה, צריך תמיד לשאול שתי שאלות: מתי התא יצא ומאיפה לאורך ה־PS הוא יצא.
חזרה קצרה: אפיתל, מזנכימה ו־EMT
לפני הכניסה לפרטים, נחזור להבחנה בין תאים אפיתליאליים לתאים מזנכימליים.
| סוג תא | מאפיינים עיקריים |
|---|---|
| Epithelial cells | תאים מסודרים בשכבה, מחוברים זה לזה ב־junctions, בעלי קוטביות apical-basal, ומפרידים בין שני אזורים |
| Mesenchymal cells | תאים פחות מסודרים בשכבה, ניידים יותר, בעלי מגעים נקודתיים עם תאים אחרים, ויכולים לנדוד |
שני מעברים חשובים:
| מעבר | משמעות |
|---|---|
| EMT - Epithelial to Mesenchymal Transition | תא אפיתליאלי מאבד מאפיינים אפיתליאליים, נעשה מזנכימלי ויכול לנדוד |
| MET - Mesenchymal to Epithelial Transition | תא מזנכימלי חוזר להתארגן כתא אפיתליאלי |
בגסטרולציה, תאי אפיבלסט עוברים EMT, יוצאים דרך ה־PS, והופכים לתאים מזנכימליים נודדים. חלק מהם יעברו בהמשך MET וייכנסו לשכבת ה־Visceral Endoderm כדי ליצור את ה־Definitive endoderm.
תחילת הגסטרולציה: מאפיבלסט ל־PS
העובר נמצא בשלב ה־Egg cylinder. המבנה הבסיסי:
| רכיב | מיקום/תפקיד בשלב הזה |
|---|---|
| ${\color{blue}\blacksquare}$ Epiblast | מקור התאים שייצרו את גוף העובר |
| ${\color{#00a651}\blacksquare}$ Visceral Endoderm | שכבה חיצונית שעוטפת את ה־Egg cylinder |
| ${\color{grey}\blacksquare}$ Extra-embryonic ectoderm | אזור פרוקסימלי חוץ־עוברי |
| ${\color{#A8F53A}\blacksquare}$ AVE | אזור שנוצר מנדידת DVE ומגדיר את הצד האנטריורי |
ה־AVE מגדיר את הצד anterior. הצד הנגדי מוגדר כ־posterior, ושם מתחיל ה־PS.
ה־PS ${\color{red}\blacksquare}$ הוא אזור באפיבלסט שבו תאים עוברים EMT ו־Ingression. הם יוצאים מתוך שכבת האפיבלסט (${\color{blue}\blacksquare}$) ונכנסים למרווח שבינה לבין ה־Visceral Endoderm (${\color{#00a651}\blacksquare}$). התאים האלה הם תאי ה־Mesoderm וה־Definitive endoderm.
בתחילת ה־PS, התאים הראשונים שיוצאים נעים בשני דפוסים עיקריים:
- לטרלית - הצידה, סביב ה־Egg cylinder. בפועל זו תנועה לשני הצדדים של העובר.
- פרוקסימלית (למעלה) - לכיוון ה־Extra-embryonic ectoderm.
לכן אפשר לחשוב על תחילת ה־PS כעל שלושה כיווני תנועה במרחב: שני כיוונים לטרליים ועוד כיוון פרוקסימלי. התאים אינם נשארים בנקודת היציאה; הם יוצאים, נודדים, ותאי Epiblast אחרים ממשיכים למלא את מקומם באזור ה־streak.
ה־AVE לא משתתף ישירות ביציאת התאים מה־PS. הוא קובע איפה יהיה anterior, ובעקבות זאת הצד הנגדי הופך ל־posterior, שבו מתחיל ה־PS.
מה קורה לתא שעובר EMT
תאי האפיבלסט הם תאים אפיתליאליים: הם מסודרים בשכבה, מחוברים זה לזה, ויש להם קוטביות apical-basal. כדי לצאת דרך ה־PS הם צריכים להפוך לתאים מזנכימליים נודדים. באיור שלמטה: הצהוב מסמן Epiblast, והירוק מסמן את אזור ה־PS ואת התאים המזנכימליים שיוצאים ממנו.
המעבר כולל כמה שלבים:
| שלב | מה קורה |
|---|---|
| Adhesion disassembly | התא מפרק קשרים שמחזיקים אותו בתוך שכבת האפיתל, למשל adherens junctions ו־tight junctions |
| Apical constriction | הצד האפיקלי של התא מתכווץ, והתא משנה צורה |
| Basement membrane degradation | הממברנה הבזלית שמתחת לאפיבלסט מתפרקת באזור היציאה |
| Extension | מרכז המסה של התא נע לכיוון בזלי; הגרעין נראה בצד האפיקלי, ורוב מסת התא/הציטופלזמה נדחסת לכיוון הבזלי |
| Rounding up | התא מתכדר סביב מרכז המסה החדש ונמצא מחוץ לשכבת האפיבלסט |
| Migration | התא המזנכימלי מתחיל לנדוד |
Epiblast epithelial cell
↓ adhesion disassembly
↓ apical constriction
↓ basement membrane degradation
↓ extension + rounding up
Mesenchymal cell
↓ migration
הדיוק החשוב כאן הוא ההבדל בין גרעין לבין מרכז מסה. בזמן Extension, מרכז המסה של התא עובר לצד הבזלי. לכן, כאשר התא עובר Rounding up ומתכדר סביב מרכז המסה החדש, הוא כבר נמצא מחוץ לשכבת האפיבלסט ויכול להתחיל לנדוד.
![]() | ![]() |
בחתך באזור ה־PS רואים את ההבדל בין שני מצבים: תאי האפיבלסט מסודרים כתאים אפיתליאליים עמודיים, ואילו התאים שיוצאים דרך ה־streak משנים צורה, מאבדים את הארגון האפיתליאלי ונעשים מזנכימליים.
בחתך לטרלי, רחוק מאזור ה־PS עצמו, רואים את התאים שכבר יצאו ונודדים בין ה־Epiblast וה־Visceral Endoderm. ה־Visceral Endoderm עצמו הוא אפיתל שטוח יחסית (squamous epithelium), ועדיין מתפקד כשכבה אפיתליאלית.
יצירת Mesoderm ו־Definitive endoderm
התאים שיוצאים דרך ה־PS הם מקור מרכזי ל־Mesoderm. חלק מהם יישארו מזודרמליים, וחלק יעברו בהמשך MET וייכנסו לשכבת ה־Visceral Endoderm כדי ליצור Definitive endoderm.
בתחילת הגסטרולציה נוצרים בעיקר תאים שנודדים לכיוון חוץ־עוברי. בסוף הגסטרולציה כבר יש שכבת מזודרם רחבה בין האפיבלסט לבין ה־Visceral Endoderm, ובאזורים מסוימים תאים שמקורם במזודרם/mesendoderm נכנסים לתוך ה־Visceral Endoderm והופכים לאנדודרם עוברי.
Mesendoderm - תא Mesoderm שיהפוך ל־Endoderm.
חשוב לא להפוך את זה לכלל גורף: לא כל תאי המזודרם עוברים MET. חלק מהתאים נשארים מזודרמליים וייצרו בהמשך רקמות מזודרמליות, ורק חלק מהאוכלוסייה נכנס לשכבת ה־Visceral Endoderm ויתרום ל־Definitive endoderm.
Extra-embryonic mesoderm, Amnion ו־Chorion
התאים הראשונים שיוצאים מה־PS נודדים לכיוון ה־Extra-embryonic ectoderm ותורמים ל־Extra-embryonic mesoderm.
התנועה הזאת משתתפת ביצירת הקרומים החוץ־עובריים:
| קרום | מקור כללי |
|---|---|
| Amnion | שכבה שנוצרת משילוב של תאי Epiblast ותאי Mesoderm שנדדו מוקדם |
| Chorion | קשור לרקמות חוץ־עובריות שמושפעות מנדידת התאים המזודרמליים ומהארגון מחדש באזור החוץ־עוברי |
האמניון לא נוצר פשוט כתא בודד או שכבה אחת. תאי מזודרם שנודדים מוקדם יוצרים שינוי מכני ומרחבי: הם דוחפים ומשנים את הארגון של הרקמות החוץ־עובריות, ובעקבות זאת גם תאי Epiblast משתתפים ביצירת שכבת האמניון. לכן האמניון מתואר כשכבה שמורכבת משילוב של תאי Epiblast ותאי Mesoderm שנדדו מוקדם.
Definitive endoderm
ה־Visceral Endoderm הוא רקמה חוץ־עוברית. במהלך הגסטרולציה נכנסים לתוכו תאים שמקורם ב־PS. התאים האלה עברו תחילה EMT ויצאו כאוכלוסייה מזודרמלית/mesendodermal, ובהמשך עוברים MET ונעשים תאים אפיתליאליים בתוך שכבת האנדודרם.
כך נוצרת שכבת ה־Definitive endoderm - האנדודרם העוברי האמיתי.
Epiblast
↓ EMT through PS
Mesendodermal cells
↓ MET into Visceral Endoderm layer
Definitive endoderm
חלק מתאי ה־Visceral Endoderm מוחלפים בהדרגה על ידי התאים החדשים. לכן בשלב מעבר אפשר לראות תערובת: תאי Visceral Endoderm חוץ־עובריים לצד תאים שמקורם ב־Epiblast ועומדים להפוך ל־Definitive endoderm.
זמן, מיקום ומפת גורלות באפיבלסט
כדי להבין גסטרולציה צריך להפריד בין שתי סקלות: סקלת זמן וסקלה טופוגרפית.
סקלת זמן
סקלת הזמן מתארת את התקדמות העובר כולו:
| שלב | מה מתרחש |
|---|---|
| Early PS | ה־PS מתחיל בצד הפוסטריורי |
| Mid PS | ה־streak מתקדם לכיוון הדיסטלי, ותאים ממשיכים לצאת ממנו |
| Late PS | ה־streak מגיע לנקודה הדיסטלית ביותר |
סקלה טופוגרפית
הסקלה הטופוגרפית מתארת מיקום לאורך ה־PS:
| אזור | משמעות |
|---|---|
| Posterior level of the streak | החלק הפוסטריורי של ה־streak |
| Intermediate level of the streak | האזור האמצעי |
| Anterior PS (APS) | החלק האנטריורי ביותר של ה־streak, קרוב לנקודה הדיסטלית |
שתי הסקלות קשורות, אבל הן לא מתארות אותו דבר. גם כשה־PS מתקדם קדימה, תאים עדיין יכולים לצאת מהאזורים הפוסטריוריים שלו. לכן תמיד צריך לשאול שתי שאלות:
- מתי התא יצא?
- מאיזה אזור ב־PS הוא יצא?
שתי התשובות יחד קובעות את התרומה של התא.
עוד נקודה חשובה: ה־PS מתקדם מפוסטריור לאנטריור עד שהוא מגיע לנקודה הדיסטלית ביותר, ושם הוא נעצר. אבל גם כשהקצה האנטריורי של ה־streak כבר הגיע קדימה, תאים עדיין יכולים לצאת מאזורים פוסטריוריים יותר שלו. בכל פעם שתא יוצא, תא אחר מה־Epiblast ממלא את מקומו, ולכן ה־Epiblast הוא המקור המתמשך לתאים שיוצאים דרך ה־streak.
Fate map של האפיבלסט
![]() | ![]() |
| \(\begin{array}{ll} {\color{#c9c9c9}\blacksquare} & \text{Epiblast} \\[0.55em] {\color{#6b6b6b}\blacksquare} & \text{PS} \\[0.55em] {\color{#cf2b24}\blacksquare} & \text{Endoderm} \\[0.55em] {\color{#d6dc4b}\blacksquare} & \text{Mesoderm} \end{array}\) | \(\begin{array}{ll} {\color{#c65a3b}\blacksquare} & \text{Endodermal Fate} \\[0.55em] {\color{#d8db4a}\blacksquare} & \text{Mesodermal Fate} \\[0.55em] {\color{#4f46a6}\blacksquare} & \text{Ectodermal Fate} \end{array}\) |
Fate map היא מפה שמראה למה אזורים שונים באפיבלסט יתרמו בהמשך. זו מפה ניסויית: מסמנים אזור באפיבלסט, עוקבים אחריו, ורואים איפה הצאצאים שלו נמצאים מאוחר יותר.
המפה מנבאת גורל לפי מיקום, אבל הגורל עדיין תלוי בהקשר. תא שנמצא באזור מסוים יתרום בדרך כלל לרקמה מסוימת, אך אם מעבירים אותו לסביבה אחרת הוא יכול לקבל גורל אחר.
- Fate map = מיקום באפיבלסט מנבא תרומה עתידית
- הגורל נקבע בפועל במהלך המעבר ב־PS
כלומר, מפת הגורלות היא לא “גזירת גורל” סופית. היא מתארת מה תאים מאזור מסוים צפויים לעשות בתנאים רגילים. אם משנים את הסביבה או את נקודת הכניסה דרך ה־PS, גורל התא יכול להשתנות בהתאם לסיגנלים שהוא מקבל.
סדר יציאת התאים
הסדר:
| שלב/אזור יציאה | תרומה עיקרית |
|---|---|
| יציאה מוקדמת מהאזור הפוסטריורי | Extra-embryonic mesoderm |
| יציאה מוקדמת במקביל | Primordial germ cells (PGCs) |
| שלבי ביניים | Lateral plate mesoderm, Paraxial mesoderm, Cardiac mesoderm |
| APS / שלב מאוחר | Axial mesoderm ו־Mesendoderm |
| Mesendoderm | ${\color{#c65a3b}\blacksquare}$ תאים שיעברו MET וייצרו Definitive endoderm |
הסיבה שה־PGCs מוגדרים מוקדם קשורה לפוטנטיות. לאורך ההתפתחות תאים הולכים ומתמיינים, ולכן תאי שורת הנבט צריכים להיות מוגדרים בשלב מוקדם יחסית, לפני שהפוטנציאל שלהם מצטמצם. בשלב הזה עדיין אין אשכים או שחלות, אבל התאים שיתרמו לשורת הנבט צריכים להיווצר, להישמר, ובהמשך לנדוד למקום שבו יתפתחו איברי הרבייה.
ה־Cardiac mesoderm יוצא יחסית מוקדם, נע לטרלית ובהמשך קדימה, ויוצר את ה־Cardiac fields. הלב נוצר מוקדם משום שהעובר צריך מערכת שתתמוך בהמשך ההתפתחות. התאים שיוצרים את הלב אינם נוצרים במקום הסופי שלו; הם יוצאים מה־PS, נודדים, ורק אחר כך מתארגנים בשדות הקרדיאליים.
שלוש שכבות הנבט
בסוף הגסטרולציה מתקבלות שלוש שכבות הנבט (הן היעד של הגסטרולציה):
| שכבה | מקור במהלך הגסטרולציה | תרומות עיקריות |
|---|---|---|
| $\color{#4f46a6}\blacksquare$ Ectoderm | תאי Epiblast שלא יצאו דרך ה־PS | מערכת העצבים המרכזית והפריפרית, אפידרמיס של העור |
| $\color{red}\blacksquare$ Mesoderm | תאים שיצאו דרך ה־PS ונשארו מזודרמליים | מערכת הדם וכלי הדם, שריר, עצם, סחוס, רקמות חיבור ורכיבים באיברים פנימיים |
| $\color{orange}\blacksquare$ Definitive endoderm | תאים שיצאו דרך ה־PS, עברו MET ונכנסו לשכבת האנדודרם | אפיתל מערכת העיכול ובהמשך תרומות לאיברים כמו כבד, ריאות ולבלב |
האיברים ייווצרו בהמשך דרך אינטראקציות בין השכבות האלה. למשל, ה־Notochord שמקורו ב־Axial mesoderm מתקשר עם האקטודרם ומשרה התפתחות עצבית.
${\color{#d8db4a}\blacksquare}$ סידור מרחבי של המזודרם סביב האפיבלסט
המזודרם שנוצר בגסטרולציה מקיף את האפיבלסט, אבל לא כולו מקבל אותו שם. השמות ניתנים לפי המיקום הגיאוגרפי ביחס ל־midline:
| אזור מזודרמלי | מיקום |
|---|---|
| Axial mesoderm (AxM) | במרכז, לאורך קו האמצע של העובר |
| Paraxial mesoderm (PxM) | משני הצדדים של ה־Axial mesoderm, קרוב למרכז |
| Lateral plate mesoderm (LPM) | לטרלית יותר, בצדדים הרחוקים יותר של העובר |
| Cardiac mesoderm (CM) |
החלוקה הזו חשובה להמשך האורגנוגנזה, כי אזורים שונים של המזודרם ייתנו תרומות שונות לגוף העובר.
Axial Mesoderm
ה־Axial mesoderm הוא המזודרם שנמצא בקו האמצע של העובר (ה־midline). הוא נוצר בשלבים המאוחרים של ה־PS ֿ(Late PS), באזור ה־Anterior PS (APS).
המרכיבים המרכזיים של ה־Axial mesoderm הם:
| מרכיב | תיאור קצר |
|---|---|
| Prechordal plate (PCP) | רכיב קדמי של ה־Axial mesoderm |
| Anterior head process (AHP) | רכיב נוסף של ה־Axial mesoderm |
| Notochordal plate | רצועה מרכזית שנוצרת מתוך רכיבי ה־Axial mesoderm, ובהמשך תתרום ל־Notochord |
| Node | מבנה שמופיע בשלב מאוחר, לזמן מוגבל, ומשתתף בקביעת ציר ימין-שמאל |
כאשר ה־PS מגיע לנקודה הדיסטלית, תאים ממשיכים לצאת ממנו. חלקם נעים הצידה, אבל חלק צר נע לאורך ה־midline לכיוון anterior. כך נוצרת רצועת ה־Axial mesoderm.
ההבדל העיקרי הוא כיוון התנועה: תאי Mesendoderm נעים קדימה אבל גם מתפזרים יחסית לצדדים כדי להשתלב ב־Definitive endoderm, ואילו תאי Axial mesoderm נעים קדימה במסלול צר ומדויק לאורך המידליין.
Node וציר ימין-שמאל
ה־Node הוא השלב שבו מתחילים להגדיר את הציר left-right. עד עכשיו עסקנו בעיקר ב־anterior-posterior וב־dorsal-ventral. ציר ימין-שמאל נקבע מאוחר יותר, סביב הופעת ה־Node.
ה־Node מופיע לזמן מוגבל בלבד. בזמן שבו הוא קיים, הוא מתפקד כמבנה מארגן שמסייע להבחין בין צד ימין לצד שמאל של העובר.
החשיבות נובעת מכך שאיברים פנימיים אינם מסודרים באופן סימטרי. הלב, למשל, צריך להגיע לצד שמאל. כדי שזה יקרה, העובר צריך להגדיר מוקדם מהו ימין ומהו שמאל.
ב־Node יש primary cilia, שקשורים לקביעת ציר ימין-שמאל. המנגנון המפורט יידון בהמשך.
יצירת ה־Notochord
![]() | ![]() |
ה־Notochord (בויקיפדיה: מיתר הגב) נוצר מתוך ה־Axial mesoderm לאורך קו האמצע. תחילה נוצרת Notochordal plate, ובהמשך התאים מתארגנים למבנה גלילי.
המנגנון המרכזי הוא Apical constriction:
- בצד האפיקלי של התא יש טבעת actomyosin.
- הטבעת מתכווצת.
- הצד האפיקלי נעשה צר יותר.
- התאים משנים צורה יחד ויוצרים קיפול/התארגנות פנימה.
הנקודה החשובה היא שה־junctions נשמרים.
כאן צריך להבחין בין Apical constriction לבין EMT:
| תהליך | מה קורה ל־junctions? | תוצאה |
|---|---|---|
| EMT ב־PS | הקשרים מתפרקים | התאים נעשים מזנכימליים ויוצאים מהאפיתל |
| Apical constriction ביצירת Notochord | הקשרים נשמרים | התאים נשארים מאורגנים ויוצרים מבנה גלילי |
בגלל שהקשרים בין התאים נשמרים, התאים מתעקלים יחד ויוצרים מבנה מסודר. כך נוצרת רצועה גלילית של תאים לאורך ה־midline.
ה־Notochord נוצר לאורך זמן, ולא באירוע חד־פעמי. בהמשך, ה־Node נע פוסטריורית, ותאים שנשארים מאחור תורמים להמשך בניית ה־Notochord לאורך ה־midline.
במבט על הדינמיקה של התאים אפשר לתאר שלושה שלבים משלימים:
- Condensation - תאים שהיו מפוזרים יחסית מתרכזים ומתארגנים יחד.
- Emergence - קבוצת התאים מופיעה כמבנה מסודר יותר לאורך המידליין.
- MET - התאים מקבלים ארגון אפיתליאלי יותר כחלק מהתארגנות ה־Notochord.
המקור המיידי של חלק מהתאים שנשארים מאחור הוא ה־Node, אבל המקור ההתפתחותי הרחב הוא עדיין ה־PS וה־Axial mesoderm.
ה־Notochord חשוב גם כמקור אותות. הוא שולח אותות לאקטודרם שמעליו ומשתתף בהשראת התפתחות מערכת העצבים. זה מדגים את העיקרון המרכזי של אורגנוגנזה: איברים נוצרים דרך אינטראקציות בין שכבות.
Axial mesoderm / Notochord
↓ signaling to ectoderm
Neural development
מיקום ה־PS והכפלת ציר
לפני שה־PS מתחיל, יש בעובר גרדיאנטים של BMP, Nodal activity ו־Wnt3. לפני נדידת ה־DVE, חלק מהגרדיאנטים מאורגנים בעיקר בציר proximal-distal. אחרי נדידת ה־DVE והפיכתו ל־AVE, הארגון משתנה לציר anterior-posterior.
התוצאה היא שמסלולי הסיגנלינג שמקדמים PS מתרכזים בצד הפוסטריורי. בצד הזה מתקבל ריכוז גבוה של:
- BMP signaling
- Nodal activity
- Wnt3
- כנראה גם FGF
הריכוז הזה מגדיר איפה יופיע ה־PS.
Brachyury ו־OTX2
Brachyury, שנקרא גם T, הוא מרקר של הצד הפוסטריורי ושל ה־PS. בבדיקות ביטוי (RNA in situ hybridization) אפשר לראות אותו באזור שבו מתחיל ה־streak.
OTX2 הוזכר כמרקר שקשור לאזור הראש. יחד, הביטוי של Brachyury ושל OTX2 עוזר להבחין בין הצד הפוסטריורי לבין הצד האנטריורי.
Cerberus1 ו־Lefty1
ה־AVE מבטא מעכבים שמגבילים את פעילות המסלולים בצד האנטריורי, ביניהם:
| מעכב | מסלול/פעילות |
|---|---|
| Cerberus1 | מעכב בין היתר Nodal, BMP ו־Wnt |
| Lefty1 | מעכב Nodal |
| Dkk1 | מעכב Wnt signaling |
כאשר מורידים רק Cerberus1, הפנוטיפ חלש יחסית, כנראה בגלל Redundancy בין המעכבים: יש כמה מנגנוני עיכוב שיכולים לפצות זה על זה. כאשר מורידים גם Cerberus1 וגם Lefty1, הגרדיאנטים אינם מוגבלים בצורה תקינה, ויכולים להיווצר שני מוקדים של PS.
שני מוקדים כאלה יכולים להתקדם וליצור עובר עם ציר נוסף, למשל, מצב של ראש אחד עם שני צירים/גופים. זה מדגים את התפקיד של המעכבים: הם לא יוצרים את הראש בעצמם, אלא מגבילים את פעילות Nodal/Wnt/BMP כך שה־PS יופיע במקום אחד בלבד.
Wnt3 ו־Axis duplication
בניסוי gain of function מבטאים Wnt3 במקום נוסף בעובר. ביטוי אקטופי של Wnt3 יכול ליצור מוקד נוסף של PS.
זה נקרא Axis duplication: לעובר נוצרת התחלה של ציר נוסף.
הניסוי מציג את Wnt3 כגורם שיכול להספיק להפעלת תוכנית PS במקום חדש. כלומר, בהקשר של הניסוי הזה Wnt3 מתנהג כגורם sufficient ליצירת מוקד נוסף של PS כאשר הוא מבוטא באופן אקטופי.
| מושג | משמעות |
|---|---|
| Necessary | התהליך צריך את הגן; אם מורידים אותו, התהליך נפגע |
| Sufficient | הוספת הגן במקום חדש מספיקה כדי להפעיל שם את התהליך |
בבני אדם יש מקרים של Conjoined twins. ה־Axis duplication הוא מנגנון אפשרי להבנת מצבים כאלה, בזהירות: אי אפשר להוכיח ישירות את המנגנון בבני אדם מתוך המודלים האלה, ויש גם אפשרויות אחרות כמו איחוי עוברים.
Snail ויצירת Mesoderm
לקראת סוף השיעור הוצג פקטור השעתוק Snail.
Snail הוא:
- Transcription factor
- מסוג Zinc finger
- פועל בעיקר כרפרסור של גנים
ב־RNA in situ hybridization רואים ש־Snail מתבטא באזור ה־Early PS. המיקום הזה מתאים לתפקיד ב־EMT וביצירת Mesoderm.
Snail loss of function
בניסוי loss of function משווים עובר תקין לעובר מוטנט ל־Snail.
בעובר תקין רואים התקדמות של גסטרולציה ויצירה של:
- Ectoderm
- Mesoderm
- Endoderm
- Amnion
- Chorion
במוטנט ל־Snail מופיעים כמה שינויים מרכזיים:
- אין Amnion תקין.
- אין Chorion תקין.
- כמעט אין Mesoderm תקין.
- ה־Epiblast עדיין קיים.
- תאים מצטברים מתחת לאזור ה־PS, אך אינם מתנהגים כתאים מזנכימליים תקינים.
בחתכים של המוטנט רואים חללים קטנים, lacunae, בתוך התאים שהיו אמורים להיות מזודרמליים. זה מתאים למצב שבו התאים התחילו תהליך יציאה, אבל לא השלימו EMT תקין ולא קיבלו זהות מזנכימלית תקינה.
הנקודה העיקרית:
- Snail מתבטא ב־Early PS
- Snail דרוש ל־EMT תקין
- בלי Snail אין יצירת Mesoderm תקינה
Snail is expressed in the early primitive streak
↓
Loss of Snail function
↓
Very little normal mesoderm is formed
↓
Defective cell exit / EMT / mesenchymal identity
השיעור נעצר כאן, והמשך הדיון אמור להסביר איך Snail קשור למנגנון המולקולרי שמאפשר לתאים להשתחרר מהאפיתל ולהפוך למזנכימה.
רצף האירועים המרכזי ומשפטי מפתח
Egg cylinder stage
┌├─ Epiblastd
│├─ ExE
│└─ Visceral Endoderm
│ ↓
│ DVE migrates and becomes the AVE
│ ↓
│ AVE defines the anterior side of the embryo
│ ↓
│ The opposite side becomes the posterior side
│ ↓
│ Posterior signaling is established:
│ ├─ BMP
│ ├─ Nodal
│ ├─ Wnt3
│ └─ FGF
│
│ These signals induce the PS in the posterior epiblast
↓
Epiblast cells enter the PS
↓
Epiblast cells undergo:
├─ EMT
└─ Ingression
↓
Cells leave the epiblast and migrate between the epiblast and VE
↓
Cell fate depends on timing and position of exit from the PS
│
├─ Early PS:
│ ├─ Extra-embryonic mesoderm
│ └─ Primordial germ cells
│
├─ Intermediate PS:
│ ├─ Lateral plate mesoderm
│ ├─ Paraxial mesoderm
│ └─ Cardiac mesoderm
│
└─ Anterior PS / late PS:
├─ Mesendoderm
│ ↓ MET and integration into the endoderm
│ Definitive endoderm
│
└─ Axial mesoderm
↓ organizes along the embryonic midline
forms the Notochord
↓ signals to the overlying ectoderm
Neural development is induced
↓
Foundation for nervous system development
flowchart TD
A["Egg cylinder stage"]
A --> B["Epiblast"]
A --> C["Extra-embryonic ectoderm / ExE"]
A --> D["Visceral endoderm / VE"]
D --> E["DVE migrates and becomes AVE"]
E --> F["AVE defines the anterior side"]
F --> G["Opposite side becomes posterior"]
G --> H["Posterior signaling is established"]
H --> H1["BMP"]
H --> H2["Nodal"]
H --> H3["Wnt3"]
H --> H4["FGF"]
H --> I["Primitive streak / PS is induced in the posterior epiblast"]
B --> J["Epiblast cells face two routes"]
I --> J
J --> K["Do not enter PS"]
J --> L["Enter PS"]
K --> M["Remain epithelial"]
M --> N["Ectoderm"]
N --> N1["Surface ectoderm"]
N1 --> N2["Epidermis of the skin"]
N --> N3["Overlying ectoderm"]
L --> O["EMT + ingression"]
O --> P["Cells leave the epiblast"]
P --> Q["Migration between epiblast and VE"]
Q --> R["Fate depends on timing and position of exit from PS"]
R --> S["Early PS"]
S --> S1["Extra-embryonic mesoderm"]
S --> S2["Primordial germ cells"]
R --> T["Intermediate PS"]
T --> T1["Lateral plate mesoderm"]
T --> T2["Paraxial mesoderm"]
T --> T3["Cardiac mesoderm"]
R --> U["Anterior PS / Late PS"]
U --> V["Mesendoderm"]
V --> W["MET + integration into endodermal layer"]
W --> X["Definitive endoderm"]
X --> X1["Gut epithelium"]
X --> X2["Liver contribution"]
X --> X3["Lung contribution"]
X --> X4["Pancreas contribution"]
U --> Y["Axial mesoderm"]
Y --> Z["Notochordal plate"]
Z --> AA["Notochord"]
AA --> AB["Signals to overlying ectoderm"]
N3 --> AB
AB --> AC["Neural induction"]
AC --> AD["Neural ectoderm"]
AD --> AE["Nervous system development"]
classDef stage fill:#f3f4f6,stroke:#374151,stroke-width:1px,color:#111827;
classDef signal fill:#fef3c7,stroke:#92400e,stroke-width:1px,color:#111827;
classDef ectoderm fill:#dbeafe,stroke:#1d4ed8,stroke-width:1px,color:#111827;
classDef mesoderm fill:#fef9c3,stroke:#a16207,stroke-width:1px,color:#111827;
classDef endoderm fill:#fed7aa,stroke:#c2410c,stroke-width:1px,color:#111827;
classDef ps fill:#fee2e2,stroke:#b91c1c,stroke-width:1px,color:#111827;
class A,B,C,D,E,F,G,J stage;
class H,H1,H2,H3,H4 signal;
class I,L,O,P,Q,R,S,T,U ps;
class K,M,N,N1,N2,N3,AB,AC,AD,AE ectoderm;
class S1,T1,T2,T3,Y,Z,AA mesoderm;
class V,W,X,X1,X2,X3,X4 endoderm;
משפטי מפתח
- גסטרולציה מתחילה בצד הפוסטריורי של העובר, באזור ה־PS.
- ה־PS הוא אזור באפיבלסט שבו תאים עוברים EMT ו־Ingression.
- תא שיוצא דרך ה־PS נעשה מזנכימלי ויכול לנדוד.
- גורל התא נקבע לפי שילוב של זמן היציאה ומיקום היציאה ב־PS.
- התאים הראשונים שיוצאים תורמים ל־Extra-embryonic mesoderm ול־PGCs.
- תאים שיוצאים בשלבים ביניים תורמים ל־Lateral plate mesoderm, Paraxial mesoderm ול־Cardiac mesoderm.
- תאים שיוצאים מה־APS תורמים ל־Axial mesoderm ול־Mesendoderm.
- ה־Definitive endoderm נוצר מתאים שעברו דרך ה־PS, עברו MET ונכנסו לשכבת ה־Visceral Endoderm.
- תאי Epiblast שלא יצאו דרך ה־PS יהפכו ל־Ectoderm.
- ה־Notochord הוא Axial mesoderm מאורגן במידליין, והוא חיוני להתפתחות מערכת העצבים.
- ה־Node מופיע לזמן מוגבל ומשתתף בקביעת ציר ימין-שמאל.
- ה־AVE ממקם את הגרדיאנטים כך שה־PS יופיע בצד אחד בלבד.
- Wnt3 יכול להשרות מוקד נוסף של PS כאשר הוא מבוטא באופן אקטופי.
- Snail מתבטא ב־Early PS ונדרש ליצירת Mesoderm תקין.





