Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

25.5: Gastrulatie
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Gastrulation
 
TRANSCRIPT

25.5: Gastrulation

25.5: Gastrulatie

Gastrulation establishes the three primary tissues of an embryo: the ectoderm, mesoderm, and endoderm. This developmental process relies on a series of intricate cellular movements, which in humans transforms a flat, “bilaminar disc” composed of two cell sheets into a three-tiered structure. In the resulting embryo, the endoderm serves as the bottom layer, and stacked directly above it is the intermediate mesoderm, and then the uppermost ectoderm. Respectively, these tissue strata will form components of the gastrointestinal, musculoskeletal and nervous systems, among other derivatives.

Comparing Gastrulation Across Species

Depending on the species, gastrulation is achieved in different ways. For example, early mouse embryos are uniquely shaped and appear as “funnels” rather than flat discs. Gastrulation thus produces a conical embryo, arranged with an inner ectoderm layer, outer endoderm, and the mesoderm sandwiched in between (similar to the layers of a sundae cone). Due to this distinct morphological feature of mice, some researchers study other models, like rabbit or chicken—both of which develop as flat structures—to gain insights into human development.

The Primitive Streak and the Node

One of the main morphological features of avian and mammalian gastrulation is the primitive streak, a groove that appears down the vertical center of the embryo, and through which cells migrate to establish the mesoderm and endoderm. At the tip of the streak lies another important structure, termed the node, which appears as a conical indentation. Cells that migrate through the node not only contribute to the muscles and connective tissues of the head but also form a transient mesodermal structure called the notochord (future spinal cord) which plays a key role in directing the development of certain neurons. In addition, the node also “organizes” development in the embryo, due to the signals it produces. For example, chordin and noggin proteins emanating from the node help to direct nearby ectoderm to form neural tissue. In fact, if a mouse node is removed and transplanted into another mouse embryo, it can partially generate a second neural axis, complete with neural folds.

Mapping Cell Movements and Fates

Since gastrulation relies on intricate cell movements to generate the three tissue layers, researchers have also tracked such migration by injecting cells of model organisms with dye and then culturing embryos. Paired with time-lapse microscopy, these techniques have revealed that in the chicken, epiblast cells are swept into the primitive streak by sweeping circular movements, and similar patterns of migration have been demonstrated in the rabbit. These techniques have also been extended to not only look at how cells shift during gastrulation, but also to track the tissue types that labeled cells will go on to form, generating detailed “fate maps” of early embryos.

Gastrulatie stelt de drie primaire weefsels van een embryo vast: het ectoderm, mesoderm en endoderm. Dit ontwikkelingsproces berust op een reeks ingewikkelde cellulaire bewegingen, die bij mensen een platte, "bilaminaire schijf" die is samengesteld uit twee celplaten, transformeert in een structuur met drie niveaus. In het resulterende embryo dient het endoderm als de onderste laag, en direct daarboven gestapeld is het tussenliggende mesoderm en vervolgens het bovenste ectoderm. Deze weefsellagen zullen respectievelijk componenten vormen van het maagdarmstelsel, het bewegingsapparaat en het zenuwstelsel, naast andere derivaten.

Gastrulatie tussen soorten vergelijken

Afhankelijk van de soort wordt gastrulatie op verschillende manieren bereikt. Vroege muizenembryo's hebben bijvoorbeeld een unieke vorm en verschijnen als "trechters" in plaats van als platte schijven. Gastrulatie produceert dus een conisch embryo, gerangschikt met een binnenste ectodermlaag, buitenste endoderm en het mesoderm daartussenin (vergelijkbaar met thij lagen van een ijscoupe). Vanwege dit duidelijke morfologische kenmerk van muizen bestuderen sommige onderzoekers andere modellen, zoals konijn of kip - die beide zich ontwikkelen tot platte structuren - om inzicht te krijgen in de menselijke ontwikkeling.

De primitieve streak en het knooppunt

Een van de belangrijkste morfologische kenmerken van gastrulatie bij vogels en zoogdieren is de primitieve streak, een groef die in het verticale midden van het embryo verschijnt en waardoor cellen migreren om het mesoderm en endoderm te vestigen. Aan het uiteinde van de streak ligt een andere belangrijke structuur, het knooppunt genaamd, dat verschijnt als een conische inspringing. Cellen die door het knooppunt migreren, dragen niet alleen bij aan de spieren en het bindweefsel van het hoofd, maar vormen ook een tijdelijke mesodermale structuur genaamd de notochord (toekomstige ruggenmerg) die een sleutelrol speelt bij het sturen van de ontwikkeling van bepaalde neuronen. Bovendien "organiseert" de knoop ook de ontwikkeling in het embryo, dankzij de signalenhet produceert. Chordine- en noggin-eiwitten die uit het knooppunt komen, helpen bijvoorbeeld om nabijgelegen ectoderm te leiden om neuraal weefsel te vormen. Als een muisknoop wordt verwijderd en getransplanteerd in een ander muizenembryo, kan het zelfs gedeeltelijk een tweede neurale as genereren, compleet met neurale plooien.

In kaart brengen van celbewegingen en lotgevallen

Omdat gastrulatie afhankelijk is van ingewikkelde celbewegingen om de drie weefsellagen te genereren, hebben onderzoekers dergelijke migratie ook gevolgd door cellen van modelorganismen met kleurstof te injecteren en vervolgens embryo's te kweken. In combinatie met time-lapse-microscopie hebben deze technieken onthuld dat bij de kip epiblastcellen in de primitieve streak worden geveegd door vegende cirkelvormige bewegingen, en soortgelijke migratiepatronen zijn aangetoond bij het konijn. Deze technieken zijn ook uitgebreid om niet alleen te kijken naar hoe cellen verschuiven tijdens gastrulatie, maar ook om de weefseltypen te volgen die gelabelde cellen zullen vormen, waardoor een gedetailleerde 'lotkaart' wordt gegenereerd.s ”van vroege embryo's.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter