25.8: Determinacja

Podczas embriogenezy komórki stopniowo angażują się w różne losy w dwuetapowym procesie: specyfikacja, a następnie determinacja. Specyfikacja jest demonstrowana poprzez usunięcie segmentu wczesnego zarodka, “neutralne” wyhodowanie tkanki in vitro – na przykład na szalce Petriego z prostym podłożem – a następnie obserwację pochodnych. Jeśli wyhodowany region daje początek typom komórek, które normalnie wytworzyłby w zarodku, oznacza to, że jest określony. W przeciwieństwie do tego, oznaczanie następuje, jeśli region zarodka jest usuwany i umieszczany w “nieneutralnym” środowisku – takim jak naczynie zawierające złożone podłoże uzupełnione różnymi białkami, a nawet w innym obszarze samego zarodka – i nadal generuje oczekiwane pochodne. Specyfikacja i określenie to dwa kolejne etapy na ścieżce rozwojowej komórki, które poprzedzają końcowy etap różnicowania, podczas którego wytwarzane są dojrzałe tkanki o unikalnych morfologiach i funkcjach.

Demonstracja specyfikacji in vitro

Aby zbadać specyfikację, naukowcy muszą najpierw zrozumieć normalne pochodne różnych regionów zarodka. Aby to osiągnąć, często stosuje się mapy losu, które są generowane przez barwienie lub znakowanie komórek na wczesnym etapie rozwoju embrionalnego, hodowlę całych zarodków i monitorowanie, gdzie kończą się oznaczone komórki. Na przykład, takie techniki zastosowane u kurcząt wykazały, że wyraźne regiony znajdujące się poza środkiem zarodka (w przybliżeniu na godzinie 9′ i 3) powodują powstawanie komórek grzebienia nerwowego, które są zdolne do migracji i generowania obwodowego układu nerwowego.

Co ważne, te obszary przeznaczone do grzebienia nerwowego mogą zostać wycięte we wczesnych stadiach gastrulacji (kiedy zarodek przekształca się w strukturę trójwarstwową) – zanim zaczną wyrażać markery białkowe lub jakiekolwiek wyraźne cechy typu komórki. Kiedy jakakolwiek tkanka leżąca pod spodem, która może być źródłem czynników sygnałowych, jest zeskrobywana, a te eksplantaty są hodowane w kroplach kolagenu w prostym podłożu, generują komórki wyrażające typowe czynniki transkrypcyjne grzebienia nerwowego. Co ciekawe, obserwuje się nawet, jak niektóre komórki migrują z dala od organizmu fragmentu tkanki, co jest kolejną cechą losu tej komórki. Eksperymenty te wykazały, że specyfikacja grzebienia nerwowego występuje na wczesnym etapie rozwoju embrionalnego i chociaż wiele z tych prac zostało wykonanych u kurczaka, nowsze dowody sugerują podobny wzorzec specyfikacji u królika; Oba te organizmy są wykorzystywane jako modele rozwoju embrionalnego człowieka.

Zrozumienie sygnalizacji stojącej za specyfikacją

Po zademonstrowaniu specyfikacji regionu zarodka, naukowcy są również zainteresowani ustaleniem, w jaki sposób sygnały białkowe – i położenie tkanki w samym zarodku – skutkują wysłaniem komórki w dół określonej ścieżki rozwojowej. W przypadku grzebienia nerwowego naukowcy ustalili, że kombinacja białek, w tym białek morfogenetycznych kości i czynników wzrostu fibroblastów, emanujących z tkanki przylegającej do lub leżącej pod potencjalnym grzebieniem nerwowym, indukuje ten los komórki. Takie sygnały z kolei wywołują ekspresję białek specyfikujących w tych komórkach, które uruchamiają je na szlaku grzebienia nerwowego.