原始結節(または原始結び目)は、ほとんどの羊膜類胚における原腸形成のオーガナイザーである。鳥類ではヘンゼン結節、両生類ではシュペーマン・マンゴールドオーガナイザーとして知られている。両生類ではニュークープ中心によって、鳥類を含む羊膜類では後縁帯によって誘導される。
この原口軸形成器は、四肢動物だけでなく、刺胞動物、有櫛動物、左右相称動物など、海綿動物を除く主要な動物群全体に広く保存されている。 [ 1 ] [ 2 ]この領域の古典的な実証は、シュペーマン(1924)によるもので、あるカエルの胚から別のカエルの胚に背側原口唇を移植すると、異所性の体軸が形成される。[ 1 ]
すべての構造は今のところ相同であると考えられている。この見解は、 goosecoid、Cnot、noggin、nodalなどのいくつかの遺伝子の共通発現と、移植時に強い軸誘導特性を共有することによって裏付けられている。細胞運命の研究により、カエルの原口と羊膜類の原始線条に沿って内胚葉中胚葉細胞群が内部化する全体的な時間的順序も驚くほど似ていることが明らかになった。オーガナイザー領域で両生類の原口唇の周囲に陥入し、ヘンゼン結節を通って移動する最初の細胞は、前腸内胚葉と脊索前板に寄与する。原口でさらに外側に陥入する細胞、またはヘンゼン結節と前部原始線条を介して侵入する細胞は、腸、脊索、体節に寄与する。その後、原腸形成は腹側後部原口唇と後部条線領域に沿って進行し、そこから細胞が腹側および後部中胚葉に寄与する。これに加えて、カエルではブラキウリーと尾部相同遺伝子が原口唇の周囲に、ニワトリとマウスでは原始条線に沿って発現している。このことから、形態は異なるものの、羊膜類の原始条線と両生類の原口は相同構造であり、連続的な形態変化によって同一の前駆構造から進化してきたと考えられる。[ 5 ]
ニワトリの発生において、原始結節は、胚盤上の外層細胞が内側へ移動し始める直前の領域、すなわちコラーの鎌状線条と呼ばれる領域に形成される局所的な細胞の塊として始まります。原始線条が全長(約2mm )に近づくと、先端部(ヘンゼン結節と呼ばれる)に新たな密集した細胞集合体が形成されます。ここから細胞は移動を続け、周囲の上胚葉から置き換えられます。ヘンゼン結節の中心には漏斗状のくぼみ、すなわち原始ピットがあり、上胚葉(胚細胞の上層)の細胞が最初に陥入を開始します。この陥入は、細胞層が胚細胞と卵黄の間の空間へ移動し続けるにつれて、後方の原始溝へと拡大します。これにより胚は内胚葉、中胚葉、外胚葉の3つの胚葉に分化する。原始結節は原腸形成の進行とともに後方に移動し、最終的には尾芽に吸収される。
これにより、遊走細胞の運命や遺伝子発現パターンからわかるように、結節は動的な性質を持ち、細胞構成は不均一になります。結節細胞は、後縁帯や若い線条に存在するオーガナイザー誘導因子の構成を発現しません。したがって、結節は新しい機能的性質を表しています。結節に抗背側化活性を持つTGF様因子ADMPが存在することで、前方および側方へのさらなる結節誘導が阻害され、結節の独自性が保証されます。[ 6 ]
原始結節の細胞は、神経分化に不可欠な多くの細胞シグナルを分泌する。原腸形成後、発生中の胚は外胚葉、中胚葉、内胚葉に分かれる。外胚葉は上皮組織と神経組織を生じ、神経組織がデフォルトの細胞運命となる。 骨形成タンパク質(BMP)は神経分化を抑制し、上皮の成長を促進する。そのため、原始結節(原口の背側唇)は、ノギン、コーディン、フォリスタチンなどのBMP拮抗物質を分泌する。この結節は、脊索前中胚葉、脊索、体節の内側部分を生じる。
ヘンゼン結節を最初に通過する細胞は、前腸の咽頭内胚葉となる運命にある細胞である。胚の奥深くまで到達すると、これらの内胚葉細胞は前方へ移動し、最終的に下胚葉細胞を押し出し、下胚葉細胞を透明帯の前方の領域に閉じ込める。この前方の領域、すなわち生殖三日月は、胚の構造を形成しないが、後に血管を通って生殖腺へ移動する生殖細胞の前駆細胞を含んでいる。[ 7 ]
ヘンゼン結節を通って入ってくる次の細胞も前方へ移動するが、前腸内胚葉細胞ほど腹側には移動しない。むしろ、内胚葉と上胚葉の間にとどまり、前索板中胚葉を形成する。したがって、鳥類の胚の頭部はヘンゼン結節の前方(吻側)に形成される。[ 7 ]ヘンゼン結節を通過する次の細胞は脊索中胚葉となる。脊索中胚葉には頭部突起と脊索の2つの構成要素がある。最も前方の部分である頭部突起は、前索板中胚葉の後ろを前方へ移動し、胚の吻側先端に向かう中央中胚葉細胞によって形成される。頭部突起は、前脳と中脳を形成する細胞の下に位置する。原始線条が退縮するにつれて、退縮するヘンゼン結節によって沈着した細胞は、神経管形成と呼ばれる過程を経て脊索となる。[ 7 ]
6体節期のヘンゼン結節領域では、遺伝子発現パターンに地域差が見られる。Shhは、ヘンゼン結節の吻側半分の背側と腹側の両方、将来の床板細胞と脊索細胞で強く発現している。尾側結節では、Shh転写産物は徐々に少なくなり、内胚葉細胞を除いて、主に最も腹側の細胞に局在する。[ 8 ]
対照的に、HNF-3bは正中窩内に位置し、後方に約70mmまで伸びる細胞塊全体で発現している 。ShhとHNF-3bの転写産物はともに結節より吻側の脊索と床板に存在し、側方および尾側の神経板と原始線条には全く存在しない。結節自体では、コーディンの発現パターンはHNF-3bのものと非常によく似ているが、より吻側では、床板ではコーディンはもはや発現しておらず、結節の腹側で主に発現している。[ 8 ]
これらの異なる遺伝子の発現パターンと結節領域の細胞配置を比較すると、3つのゾーンが定義される。前方(ゾーンa)では、HNF-3bとShhを発現する結節由来の細胞(脊索と床板)は形成中の基底膜によって分離されているが、密接に関連している。正中窩の領域(ゾーンb)では、将来の床板は細胞の柱状配列によって区別できる。この形成中の上皮層の下では、脊索細胞はランダムかつ緩やかに配置されている。HNF-3bとShhは両方ともこの領域で発現しており、この領域が結節の大部分を構成している。正中窩の境界より尾側では、HNF-3bを発現するがShhを発現しない結節の細胞(ゾーンc)は、上皮配列を示さずに密に詰まっている。興味深いことに、HNF-3bとCh-Tbx6Lを発現する領域は、それぞれ尾部HNと原始線条の先端(TPS)を形成しているが、重なり合っていない。[ 8 ]
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