Gastrulacja

Gastrulacja ustanawia trzy podstawowe tkanki zarodka: ektodermę, mezodermę i endodermę. Ten proces rozwojowy opiera się na serii skomplikowanych ruchów komórkowych, które u ludzi przekształcają płaską, “dwuwarstwową tarczę” złożoną z dwóch arkuszy komórkowych w trójpoziomową strukturę. W powstałym zarodku endoderma służy jako dolna warstwa, a bezpośrednio nad nią znajduje się mezoderma pośrednia, a następnie najwyższa ektoderma. Odpowiednio te warstwy tkankowe będą tworzyć między innymi składniki układu pokarmowego, mięśniowo-szkieletowego i nerwowego.

Porównanie gastrulacji między gatunkami

W zależności od gatunku gastrulację osiąga się na różne sposoby. Na przykład wczesne zarodki myszy mają unikalny kształt i wyglądają jak “lejki”, a nie płaskie dyski. W wyniku gastrulacji powstaje stożkowaty zarodek, ułożony z wewnętrzną warstwą ektodermy, zewnętrzną endodermą i mezodermą umieszczoną pomiędzy nimi (podobnie jak warstwy stożka lodowego). Ze względu na tę wyraźną cechę morfologiczną myszy, niektórzy badacze badają inne modele, takie jak królik lub kurczak – z których oba rozwijają się jako płaskie struktury – aby uzyskać wgląd w rozwój człowieka.

Prymitywna smuga i węzeł

Jedną z głównych cech morfologicznych gastrulacji ptaków i ssaków jest prymitywna smuga, rowek, który pojawia się w pionowym środku zarodka i przez który komórki migrują, aby ustalić mezodermę i endodermę. Na końcu smugi znajduje się inna ważna struktura, zwana węzłem, która wygląda jak stożkowe wgłębienie. Komórki, które migrują przez węzeł, nie tylko przyczyniają się do rozwoju mięśni i tkanek łącznych głowy, ale także tworzą przejściową strukturę mezodermalną zwaną struną grzbietową (przyszły rdzeń kręgowy), która odgrywa kluczową rolę w kierowaniu rozwojem niektórych neuronów. Ponadto węzeł “organizuje” również rozwój w zarodku, ze względu na sygnały, które wytwarza. Na przykład białka chordyny i nogginy emanujące z węzła pomagają kierować pobliską ektodermą w celu utworzenia tkanki nerwowej. W rzeczywistości, jeśli węzeł myszy zostanie usunięty i przeszczepiony do innego zarodka myszy, może częściowo wygenerować drugą oś neuronalną, wraz z fałdami nerwowymi.

Mapowanie ruchów i losów komórek

Ponieważ gastrulacja opiera się na skomplikowanych ruchach komórek w celu wytworzenia trzech warstw tkanki, naukowcy śledzili również taką migrację, wstrzykując komórkom organizmów modelowych barwnik, a następnie hodując zarodki. W połączeniu z mikroskopią poklatkową, techniki te ujawniły, że u kurczaka komórki epiblastu są zamiatane do prymitywnej smugi przez zamaszyste ruchy okrężne, a podobne wzorce migracji wykazano u królika. Techniki te zostały również rozszerzone, aby nie tylko przyjrzeć się, jak komórki przesuwają się podczas gastrulacji, ale także śledzić typy tkanek, które uformują się znakowane komórki, generując szczegółowe “mapy losu” wczesnych zarodków.