地域差

発生生物学の分野において、領域分化とは、初期胚の発生において異なる領域が特定される過程である。^[1]細胞が指定される過程は生物ごとに異なる。

発達のコミットメントという点では、細胞は指定されるか決定されるかのどちらかである。指定は分化の第一段階である。^[2] 指定された細胞は、決定された状態が不可逆である間、コミットメントを逆転させることができる。^[3]指定には、自律的指定と条件付き指定の 2 つの主なタイプがある。自律的に指定された細胞は、細胞が置かれている環境に関係なく、細胞質決定因子に基づいて特定の運命に発展する。条件付きで指定された細胞は、周囲の他の細胞またはモルフォゲン勾配に基づいて特定の運命に発展する。別のタイプの指定は、ほとんどの昆虫クラスに特徴的なシンシチウム指定である。 ^[2]

ウニの分化は、自律的メカニズムと条件的メカニズムの両方を使用して前後軸を決定します。前後軸は、卵割中に設定された動物/植物軸に沿っています。小割節は近くの組織が内胚葉になるように誘導し、動物細胞は外胚葉になるように誘導します。動物細胞が決定されないのは、小割節が動物細胞を誘導して中胚葉と内胚葉の運命もとらせることができるためです。β-カテニンは胞胚の植物極の核に存在することが観察されました。一連の実験を通じて、ある研究では、植物細胞の運命の細胞自律的分化と小割節誘導能力におけるβ-カテニンの役割が確認されました。^[4]胚を植物化するのに十分な塩化リチウムの処理により、核に局在するb-カテニンが増加しました。核におけるβ-カテニンの発現の減少は、植物細胞の運命の喪失と相関していた。β-カテニンの核蓄積を欠く小割球の移植では、第2軸を誘導できなかった。

β-カテニンと小割球の分子メカニズムについては、Notch は初期胞胚の頂端表面に均一に存在するが、後期胞胚の間に二次間葉細胞 (SMC) では失われ、後期胞胚の予定内胚葉細胞に豊富に存在することが観察されました。Notch は SMC の決定に必要かつ十分です。小割球は、SMC の形成を誘導するために、その表面に Notch のリガンドである Delta を発現します。

核内のβ-カテニン濃度が高いのは、卵子の植物極にディッシュベルドタンパク質が大量に蓄積しているためです。ディッシュベルドはGSK-3を不活性化し、 β-カテニンのリン酸化を防止します。これにより、β-カテニンは分解を免れ、核内に入ることができます。β-カテニンの唯一の重要な役割は、遺伝子Pmar1の転写を活性化することです。この遺伝子はリプレッサーを抑制し、小割球遺伝子が発現できるようにします。

口背軸（他の動物の背腹軸に類似）は、 nodal相同遺伝子によって指定されます。この nodal は、胚の将来の口側に局在していました。実験により、nodal は口運命の発達を促進するために必要かつ十分であることが確認されました。nodal は、左/右軸の形成にも役割を果たします。

ホヤは、自律的な特異性が発見された最初の生物であり、脊椎動物と進化的に関連しているため、地域特異性の研究によく選ばれています。

尾索動物の初期観察により、黄色の三日月体（ミオプラズムとも呼ばれる）が特定されました。この細胞質は将来の筋肉細胞に分離され、移植されると筋肉細胞の形成を誘発する可能性があります。細胞質決定因子 macho-1 は、筋肉細胞の形成に必要かつ十分な因子として分離されました。ウニと同様に、核内の β カテニンの蓄積は、内胚葉を誘発するために必要かつ十分であることが確認されました。

さらに 2 つの細胞運命が条件指定によって決定されます。内胚葉は線維芽細胞増殖因子 (FGF) シグナルを送信して脊索と間葉の運命を指定します。前方細胞は FGF に反応して脊索になり、後方細胞 (macho-1 の存在によって識別) は FGF に反応して間葉になります。

卵子の細胞質は細胞の運命を決定するだけでなく、背腹軸も決定します。植物極の細胞質はこの軸を指定し、この細胞質を除去すると軸情報が失われます。黄色の細胞質は前後軸を指定します。黄色の細胞質が卵子の後部に移動して後部植物性細胞質 (PVC) になると、前後軸が指定されます。PVC を除去すると軸が失われ、前部への移植では軸が逆になります。

2 細胞期では、線虫C. elegansの胚はモザイク行動を示します。P1 細胞と AB 細胞の 2 つの細胞があります。P1 細胞は運命づけられた細胞をすべて生成できましたが、AB 細胞は運命づけられた細胞の一部しか生成できませんでした。したがって、最初の分裂により 2 つの細胞が自律的に指定されますが、AB 細胞は運命づけられた細胞をすべて生成するために条件付きメカニズムを必要とします。

AB 系統は、ニューロン、皮膚、咽頭を生じます。P1 細胞は EMS と P2 に分裂します。EMS 細胞は MS と E に分裂します。MS 系統は、咽頭、筋肉、ニューロンを生じます。E 系統は腸を生じます。P2 細胞は P3 と C 創始細胞に分裂します。C 創始細胞は、筋肉、皮膚、ニューロンを生じます。P3 細胞は P4 と D 創始細胞に分裂します。D 創始細胞は筋肉を生じ、P4 系統は生殖細胞を生じます。

• 軸仕様

前後軸は、後側の精子によって指定されます。2 細胞期では、前細胞は AB 細胞で、後細胞は P1 細胞です。動物の背腹軸は、胚の 4 細胞期の細胞のランダムな位置によって設定されます。背細胞は ABp 細胞で、腹細胞は EMS 細胞です。

• 細胞質決定因子の局在

C. elegansの自律的な特異性は、さまざまな細胞質決定因子から生じます。PAR タンパク質は、初期胚でこれらの決定因子を分割する役割を担っています。これらのタンパク質は受精卵の周辺部に位置し、細胞内シグナル伝達の役割を果たします。これらのタンパク質の機能に関する現在のモデルは、細胞質に局所的な変化を引き起こし、後部と前部で異なるタンパク質の蓄積をもたらすというものです。Mex-5 は前部に蓄積し、PIE-1 と P 顆粒 (以下を参照) は後部に蓄積します。

• 生殖系列の仕様

P 顆粒は細胞質決定因子として特定されました。受精時に均一に存在するこれらの顆粒は、最初の分裂の前に後部の P1 細胞に局在します。これらの顆粒は、各分裂の間に P 細胞 (例: P2、P3) に局在し、4 回目の分裂後に生殖細胞となる P4 細胞に配置されます。

• EMSおよびP1セルの仕様

P1 系統において局所的な細胞質決定因子として機能する可能性のある他のタンパク質には、SKN-1、PIE-1、PAL-1 などがあります。

SKN-1 は、P1 細胞系統に局在し、EMS 細胞の運命を決定する細胞質決定因子です。PIE-1 は P2 細胞系統に局在し、転写の一般的な抑制因子です。SKN-1 は P2 細胞で抑制され、これらの細胞で EMS の運命を指定できません。PIE-1 の抑制活性は、生殖細胞系統の分化を防ぐために必要です。

• CおよびD創始細胞の仕様

PAL-1 は、C および D 創始細胞 (P2 系統から派生) の運命を指定するために必要です。ただし、PAL-1 は EMS と P2 の両方に存在します。通常、PAL-1 の活動は EMS では SKN-1 によって抑制されますが、P2 では抑制されません。C および D 創始細胞は両方とも PAL-1 に依存しますが、C と D を区別するために必要な別の要因があります。

• E系統の仕様

E 系統の仕様は、P2 から EMS 細胞へのシグナルに依存します。Wntシグナル伝達のコンポーネントが関与しており、mom遺伝子と名付けられています。mom -2は Wnt タンパク質ファミリー (つまりシグナル) のメンバーであり、mom-5は frizzled タンパク質ファミリー (つまり受容体) のメンバーです。

• ABaとABpの仕様

ABa と ABp の指定は、別の細胞間シグナル伝達イベントに依存します。これら 2 つの細胞タイプの違いは、ABa は前咽頭を生じますが、ABp は咽頭に寄与しないことです。12 細胞期の MS からのシグナルは、ABa 子孫細胞で咽頭を誘導しますが、ABp 子孫では誘導しません。P2 細胞からのシグナルは、ABp が咽頭を形成するのを妨げます。この P2 からのシグナルは、Delta ファミリーのタンパク質内の APX-1 であることが発見されました。これらのタンパク質は、Notchタンパク質のリガンドであることが知られています。Notch タンパク質である GLP-1 も、ABp の運命の指定に必要です。

ショウジョウバエの前後のパターンは、3 つの母性遺伝子グループから生じます。前部グループは頭部と胸部のパターンを形成します。後部グループは腹部のパターンを形成し、末端グループは末端部 (前部は先端部、後部は尾節) と呼ばれる前部と後部の末端領域を形成します。

前方グループ遺伝子には bicoid が含まれます。bicoid は、核に局在する段階的モルフォゲン転写因子として機能します。胚の頭部は bicoid の最高濃度の点で形成され、前方パターンは bicoid の濃度に依存します。bicoid は、ギャップ遺伝子 hunchback (hb)、buttonhead (btd)、empty spiracles (ems)、および orthodentical (otd) の転写活性化因子として機能し、caudal の翻訳を抑制する働きもします。bicoid が活性化する遺伝子のプロモーターにおける bicoid に対する異なる親和性により、濃度依存的な活性化が可能になります。otd は bicoid に対する親和性が低く、hb は親和性が高いため、より低い bicoid 濃度で活性化されます。前方グループ遺伝子の別の 2 つである saw と exuperantia は、bicoid を前方に局在させる役割を果たします。bicoid は、3' 非翻訳領域 (3'UTR) によって前方に向けられます。微小管細胞骨格もビコイドの局在化​​に役割を果たします。

後部グループの遺伝子には nanos が含まれます。bicoid と同様に、nanos は段階的モルフォゲンとして後極に局在します。nanos の唯一の役割は、後部で母系転写された hunchback mRNA を抑制することです。nanos が hunchback を抑制するには、別のタンパク質 pumilio が必要です。その他の後部タンパク質、oskar (nanos mRNA を繋ぎ止める)、Tudor、vasa、および Valois は、生殖系列決定因子と nanos を後部に局在させます。

前部と後部とは対照的に、終末部の位置情報は卵巣の卵胞細胞から得られます。終末部は、Torso 受容体チロシンキナーゼの作用によって特定されます。卵胞細胞は、両極でのみ卵黄周囲腔に Torso-like を分泌します。Torso-like は、Torso リガンドと思われるプロペプチド Trunk を切断します。Trunk は Torso を活性化し、シグナル伝達カスケードを引き起こします。これにより転写抑制因子 Groucho が抑制され、その結果、終末ギャップ遺伝子 tailless と huckebein が活性化されます。

母性遺伝子のパターン形成は、分節遺伝子の発現に影響を及ぼします。分節遺伝子は胚で発現する遺伝子で、分節の数、サイズ、極性を指定します。ギャップ遺伝子は母性遺伝子から直接影響を受け、前軸/後軸に沿った局所的かつ重複した領域で発現します。これらの遺伝子は、母性遺伝子だけでなく、他のギャップ遺伝子間のエピスタシス相互作用によっても影響を受けます。

ギャップ遺伝子は、ペアルール遺伝子を活性化するように機能します。各ペアルール遺伝子は、ギャップ遺伝子の複合効果と他のペアルール遺伝子間の相互作用の結果として、7 つのストライプで発現します。ペアルール遺伝子は、プライマリペアルール遺伝子とセカンダリペアルール遺伝子の 2 つのクラスに分類できます。プライマリペアルール遺伝子はセカンダリペアルール遺伝子に影響を与えることができますが、その逆はできません。プライマリペアルール遺伝子の調節間の分子メカニズムは、even-skipped の調節の複雑な分析を通じて理解されました。母性遺伝子とギャップ遺伝子の両方による正と負の両方の調節相互作用と、転写因子の独自の組み合わせが、胚のさまざまな部分で even-skipped を発現するように機能します。同じギャップ遺伝子が 1 つのストライプでは正に作用し、別のストライプでは負に作用することがあります。

ペアルール遺伝子の発現は、 14 本のストライプにおけるセグメント極性遺伝子の発現に変換されます。セグメント極性遺伝子の役割は、セグメントの境界と極性を定義することです。遺伝子がこれを達成する手段は、これらのタンパク質によって開始されるシグナルの wingless および hedgehog 段階的分布またはカスケードに関係していると考えられています。ギャップ遺伝子やペアルール遺伝子とは異なり、セグメント極性遺伝子はシンシチウム内ではなく細胞内で機能します。したがって、セグメント極性遺伝子は、自律的ではなくシグナル伝達を介してパターン形成に影響します。また、ギャップ遺伝子とペアルール遺伝子は一時的に発現しますが、セグメント極性遺伝子の発現は発生全体を通じて維持されます。セグメント極性遺伝子の継続的な発現は、hedgehog と wingless を含むフィードバック ループによって維持されます。

分節遺伝子は分節の数、大きさ、極性を指定できるのに対し、ホメオティック遺伝子は分節のアイデンティティを指定できます。ホメオティック遺伝子はギャップ遺伝子とペアルール遺伝子によって活性化されます。第 3 染色体上のAntennapedia複合体とBithorax複合体には、分節のアイデンティティ (実際には傍分節のアイデンティティ) を指定するために必要な主要なホメオティック遺伝子が含まれています。これらの遺伝子は転写因子であり、染色体上の位置と相関する重複領域で発現します。これらの転写因子は、他の転写因子、細胞接着に関与する細胞表面分子、およびその他の細胞シグナルを制御します。その後の発生過程で、ホメオティック遺伝子は神経系で同様の前方/後方パターンで発現します。ホメオティック遺伝子は、クロマチンの凝縮状態を変更することで、発生全体にわたって維持されます。ポリコーム遺伝子はクロマチンを不活性な構造に維持し、Trithorax 遺伝子はクロマチンを活性な構造に維持します。

すべてのホメオティック遺伝子は、ホメオドメインと呼ばれる類似の配列と構造を持つタンパク質セグメントを共有しています(DNA 配列はホメオボックスと呼ばれます)。ホメオティックタンパク質のこの領域は DNA に結合します。このドメインは、ビコイドなどの他の発達調節タンパク質や、人間を含む他の動物にも見られました。分子マッピングにより、HOX 遺伝子クラスターはハエと哺乳類の共通祖先からそのまま受け継がれており、基本的な発達調節システムであることが明らかになりました。

母体タンパク質である Dorsal は、胚の腹側を設定する段階的モルフォゲンのような働きをします (名前は背側化表現型につながる突然変異に由来します)。Dorsalは核タンパク質であるという点でbicoidに似ていますが、bicoid とは異なり、 dorsal は胚全体に均一に分布しています。濃度の違いは、異なる核輸送によって生じます。dorsal lが核内に異なる位置に置かれるメカニズムは、3 つのステップで発生します。

最初のステップは、胚の背側で起こります。卵母細胞の核は、微小管に沿って卵母細胞の片側に移動します。この側は、グルケンという信号を卵胞細胞のトルペード受容体に送ります。トルペード受容体はすべての卵胞細胞に存在しますが、グルケン信号は卵母細胞の前背側にのみ存在します。卵胞細胞は、背側と腹側を区別するために、形状と合成特性を変化させます。これらの背側卵胞細胞は、ステップ 2 に必要なパイプタンパク質を生成できません。

2 番目のステップは、腹側卵胞細胞から卵母細胞に戻るシグナルです。このシグナルは卵子が卵胞細胞を離れた後に作用するため、このシグナルは囲卵腔に保存されます。卵胞細胞はwindbeutel、 nudel、およびpipe を分泌し、プロテアーゼ活性化複合体を作成します。背側卵胞細胞はpipe を発現しないため、この複合体を作成することができません。その後、胚は 3 つの不活性プロテアーゼ (原腸形成欠損、 snake、およびEaster ) と不活性リガンド ( spätzle ) を囲卵腔に分泌します。これらのプロテアーゼは複合体によって活性化され、spätzle を活性型に切断します。この活性タンパク質は、腹側から背側に向かって勾配を描いて分布します。Tollはspätzleの受容体チロシンキナーゼであり、段階的なspätzleシグナルを細胞質に伝達してcactusをリン酸化します。リン酸化されると、サボテンは背側タンパク質に結合しなくなり、自由に核内に入ることができるようになります。放出される背側タンパク質の量は、存在するシュペッツレタンパク質の量によって異なります。

3 番目のステップは、核内のdorsalの発現による、接合子遺伝子decapentaplegic ( dpp )、zerknüllt、tolloid、twist、snail、rhomboidの局所的発現です。twistとsnailの転写をオンにするには、 dorsalの高レベルが必要です。dorsalの低レベルは、rhomboidの転写を活性化できます。dorsalは、zerknüllt、tolloid、およびdppの転写を抑制します。接合子遺伝子は、互いに相互作用して、発現ドメインを制限します。

アフリカツメガエルの胚では、受精から最初の卵割までの間に、接合子の皮質細胞質が中心細胞質に対して約 30 度回転し、胚の周縁部または中央部に灰色の三日月形が現れます (一部の種の場合)。皮質回転は、皮質微小管の平行配列に沿って動く微小管モーターによって駆動されます。この灰色の三日月形は、胚の将来の背側を示します。この回転を阻止すると、背腹軸の形成が妨げられます。後期胞胚期までに、アフリカツメガエルの胚は明確な背腹軸を持ちます。

初期の原腸胚では、胚の組織の大部分は未だ決定されていません。唯一の例外は、背側の原口唇の前部です。この組織を胚の別の部分に移植すると、通常どおりに発達しました。さらに、この組織は別の背腹軸の形成を誘導することができました。ハンス・シュペーマンはこの領域をオーガナイザーと名付け、背軸の誘導を一次誘導と名付けました。

オーガナイザーは、ニューコープ中心と呼ばれる背側の植物性領域から誘導されます。胞胚期の胚全体に、さまざまな発達の可能性があります。植物性帽は内胚葉細胞タイプのみを生じ、動物性帽は外胚葉細胞タイプのみを生じます。ただし、辺縁帯は、中胚葉を含む胚のほとんどの構造を生じます。ピーター・ニューコープによる一連の実験では、辺縁帯を取り除き、動物性帽と植物性帽を隣り合わせに配置すると、中胚葉は動物性帽から生じ、背側組織は常に背側植物性細胞に隣接することが示されました。したがって、ニューコープ中心と名付けられたこの背側の植物性領域は、オーガナイザーの形成を誘導することができました。

双晶形成アッセイにより、 Wnt タンパク質が、背腹軸を指定できるニューコープ センターの分子であることが確認されました。双晶形成アッセイでは、分子を 4 細胞期胚の腹側割球に注入します。分子が背軸を指定した場合、背側構造が腹側に形成されます。Wnt タンパク質は軸の指定に必須ではありませんでしたが、Wnt 経路の他のタンパク質を調べたところ、β-カテニンが必要であることが発見されました。β-カテニンは背側の核には存在しますが、腹側には存在しません。β-カテニン レベルは GSK-3 によって制御されます。活性化すると、GSK-3 は遊離 β-カテニンをリン酸化して、これが分解の標的となります。GSK-3 を制御する可能性のある分子は、GBP (GSK-3 結合タンパク質) とDishevelled の 2 つです。現在のモデルでは、これらが一緒に作用して GSK-3 の活性を阻害すると考えられています。 Dishevelledは過剰発現すると二次軸を誘導することができ、皮質回転後に背側に高レベルで存在する（対称性の破壊と皮質回転）。しかし、Dishevelledを枯渇させても効果はない。GBPは枯渇しても過剰発現しても効果がある。しかし、最近の証拠では、アフリカツメガエルで発現するWnt分子であるXwnt11が背軸形成に十分かつ必要であることが示された。^[5]

中胚葉の形成は、腹側と背側の 2 つのシグナルから生じます。動物帽アッセイは、動物帽に中胚葉の形成を誘導できる植物帽からの分子シグナルを決定するために使用されました。動物帽アッセイでは、目的の分子を、帽が成長する培地に適用するか、初期胚に mRNA として注入します。これらの実験により、分子のグループ、つまりトランスフォーミング成長因子 β (TGF-β) ファミリーが特定されました。TGF-β の優性負性形態では、初期の実験では、関与する分子のファミリーのみを特定でき、特定のメンバーを特定することはできませんでした。最近の実験では、アフリカツメガエルの結節関連タンパク質 (Xnr-1、Xnr-2、および Xnr-4) が中胚葉誘導シグナルとして特定されました。これらのリガンドの阻害剤は中胚葉の形成を防ぎ、これらのタンパク質は背側/腹側軸に沿って段階的に分布します。

植物に局在する mRNA、VegT およびおそらく Vg1 は、内胚葉の誘導に関与しています。VegT は Xnr-1、2、4 タンパク質も活性化すると仮定されています。VegT は、内胚葉の運命を指定する遺伝子を活性化する転写因子として機能し、Vg1 は傍分泌因子として機能します。

核内のβ-カテニンは、siamois と twin という 2 つの転写因子を活性化します。β-カテニンはまた、VegT と相乗的に作用して、高レベルの Xnr-1,2,4 を生成します。Siamois は Xnr-1,2,4 と相乗的に作用して、オーガナイザー内の goosecoid などの転写因子を高レベルで活性化します。胚内の Xnr-1,2,4 のレベルが低い領域は、腹側または側方中胚葉を発現します。核内の β-カテニンは、中胚葉細胞運命シグナルと相乗的に作用して、Nieuwkoop センターのシグナル伝達活性を生み出し、背側中胚葉でのオーガナイザーの形成を誘導します。

オーガナイザーの活動に関与する遺伝子には、転写因子と分泌タンパク質の 2 つのクラスがあります。Goosecoid (bicoid と gooseberry の間に相同性がある)は、オーガナイザーで発現する最初の既知の遺伝子であり、二次軸を指定するために十分かつ必要です。

オーガナイザーは腹側中胚葉を側方中胚葉に誘導し、外胚葉を誘導して神経組織を形成し、内胚葉の背側構造を誘導します。これらの誘導の背後にあるメカニズムは、胚を腹側化する骨形成タンパク質 4シグナル伝達経路の阻害です。これらのシグナルがない場合、外胚葉は神経組織のデフォルト状態に戻ります。オーガナイザーから分泌される分子のうち、コーディン、ノギン、フォリスタチン、およびアフリカツメガエル ノーダル関連 3 (Xnr-3) の 4 つは、BMP-4 と直接相互作用し、受容体に結合する能力を阻害します。したがって、これらの分子は中胚葉の背側/腹側軸に沿って BMP-4 の勾配を作成します。

BMP-4は主に胚の体幹部と尾部に作用し、頭部では異なるシグナルセットが働く。Xwnt-8は腹側中胚葉と側方中胚葉全体で発現する。原腸（将来は前部）の前縁にある内中胚葉（内胚葉または中胚葉のいずれかを生じ得る）は、3つの因子Cerberus、Dickkopf、およびFrzbを分泌する。CerberusとFrzbはXwnt-8に直接結合してその受容体への結合を防ぐが、CerberusはBMP-4およびXnr1にも結合することができる。^[6]さらに、DickkopfはXwnt-8のシグナル伝達経路に重要な膜貫通タンパク質LRP-5に結合し、LRP-5のエンドサイトーシスを引き起こし、最終的にXwnt-8経路の阻害につながる。

胚の前後パターン形成は、胚葉形成の前または胚葉形成中に発生します。最初に退縮する細胞は前部誘導活性を持ち、最後の細胞は後部誘導活性を持ちます。前部誘導能力は、上で説明した Xwnt-8 拮抗シグナル Cereberus、Dickkopf、および Frzb に由来します。前頭部の発達には、背側正中線と前部神経管で発現する IGF (インスリン様成長因子) の機能も必要です。IGF は、Wnt シグナル伝達と BMP シグナル伝達の両方を妨害および阻害するシグナル伝達カスケードを活性化することによって機能すると考えられています。後部では、後部形成シグナルの候補として、線維芽細胞成長因子ホモログの eFGF とレチノイン酸の 2 つがあります。

ゼブラフィッシュにおける軸形成の基礎は、両生類で知られているものと類似しています。胚の盾は、原口の背側唇と同じ機能を持ち、オーガナイザーとして機能します。移植されると、二次軸を組織することができ、これを除去すると背側構造の形成が防止されます。β-カテニンも両生類での役割に類似しています。これは背側の核にのみ蓄積し、腹側のβ-カテニンは二次軸を誘導します。これは、Squint (Nodal 関連シグナル伝達タンパク質、別名 ndr1) と Bozozok (Siamois に類似したホメオドメイン転写因子) の発現を活性化し、これらが一緒に作用して胚の盾のグースコイドを活性化します。

アフリカツメガエルと同様に、中胚葉誘導には 2 つのシグナルが関与します。1 つは腹側中胚葉を誘導する植物極からのシグナル、もう 1 つは背側中胚葉を誘導するニューコープ中枢相当の背側植物細胞からのシグナルです。

オーガナイザーからのシグナルも両生類からのシグナルと類似しています。Noggin と chordin の相同遺伝子 Chordino は BMP ファミリーのメンバーである BMP2B に結合して、胚の腹側化を阻止します。Dickkopf は Wnt の相同遺伝子 Wnt8 に結合して、胚の腹側化と後方化を阻止します。

魚類には、β-カテニンによって制御される第 3 の経路があります。β-カテニンは転写因子 stat3 を活性化します。Stat3 は胚葉形成中の細胞の動きを調整し、平面極性の確立に貢献します。

背腹軸は、ニワトリの胚において、卵黄に対する細胞の向きによって定義されます。卵黄に対して腹側は下向き、動物側は上向きです。この軸は、胚盤葉の「内側」と「外側」の胚下腔と外側の卵白の間に pH 差が生じることで定義されます。胚下腔の pH は 6.5 ですが、外側の卵白の pH は 9.5 です。

前後軸は、卵殻が形成される際の胚の初期傾斜時に定義されます。卵は常に一定の方向に回転しており、卵黄は部分的に層化しています。より明るい卵黄成分は胚盤葉の一方の端近くにあり、将来の後部になります。後部の分子的基礎は不明ですが、細胞の蓄積により最終的に後縁帯 (PMZ) が形成されます。

PMZ は、ヘンゼン結節を誘導する役割を持つ点で、ニューコープ センターに相当します。PMZ を移植すると原始条が誘導されますが、PMZ は条自体には寄与しません。ニューコープ センターと同様に、PMZ は Vg1 と核局在 β-カテニンの両方を発現します。

ヘンゼン結節はオーガナイザーに相当します。ヘンゼン結節を移植すると、二次軸が形成されます。ヘンゼン結節は、胚葉形成が始まる部位で、背側中胚葉になります。ヘンゼン結節は、PMZ の前部にあるコラー鎌と呼ばれる PMZ の誘導から形成されます。原始条が形成されると、これらの細胞は拡大してヘンゼン結節になります。これらの細胞は、オーガナイザーとしての役割と一致して、グースコイドを発現します。

ニワトリ胚のオーガナイザーの機能は両生類や魚類のものと似ていますが、いくつか違いもあります。両生類や魚類と同様に、オーガナイザーは、BMPシグナル伝達に拮抗し、胚を背側に向けるChordin、Noggin、Nodalタンパク質を分泌します。ただし、神経誘導は、BMPシグナル伝達の阻害に完全に依存しているわけではありません。BMP拮抗薬の過剰発現は、ニューロンの形成を誘導するのに十分ではなく、BMPの過剰発現はニューロンの形成を阻害しません。神経誘導の全容は不明ですが、FGFは中胚葉と神経誘導に役割を果たしているようです。胚の前後パターン形成には、下胚葉からのケルベロスのようなシグナルと、後部神経外胚葉（後脳と脊髄）の3' Hox遺伝子を活性化するための レチノイン酸蓄積の空間的調節が必要です。

マウスの胚における最も初期の分化は、それぞれ外側の極性細胞と内側の無極性細胞の栄養芽細胞と内部細胞塊細胞の間で起こります。これら 2 つのグループは、圧縮中の 8 細胞期に分化しますが、64 細胞期に達するまで決定されません。無極性細胞が 8 〜 32 細胞期に外部に移植されると、その細胞は栄養芽細胞として発達します。

マウスの胚の前後軸は、2 つのシグナル伝達センターによって指定されます。マウスの胚では、卵子は円筒形になり、円筒の遠位端では上胚葉がカップ状になります。上胚葉は、ヒトやニワトリの下胚葉に相当する臓側内胚葉に囲まれています。前後軸のシグナルは、原始ノードから送られます。もう 1 つの重要な部位は、前臓側内胚葉(AVE) です。AVE はノードの最前方の位置より前方にあり、頭部中胚葉と前腸内胚葉を形成するために移動する内胚葉中胚葉によって占められる領域の上胚葉の真下にあります。AVE はノードと相互作用して、最前方の構造を指定します。したがって、ノードは通常の体幹を形成できますが、頭部を形成するには AVE からのシグナルが必要です。

ショウジョウバエのホメオボックスの発見と他の動物でのその保存は、前後パターン形成の理解の進歩につながりました。哺乳類の Hox 遺伝子のほとんどは、ハエのホメオティック遺伝子と平行した発現パターンを示します。哺乳類には、Hox 遺伝子のコピーが 4 つあります。各 Hox 遺伝子セットは、他の Hox 遺伝子とパラログです (Hox1a は Hox1b のパラログなど)。これらのパラログは、重複した発現パターンを示し、冗長に作用する可能性があります。ただし、パラログ遺伝子の二重変異は相乗的に作用する可能性があり、機能するには遺伝子が連携して機能する必要があることを示しています。

• パターン形成