通过原肠胚形成羊膜体的原始条纹和细胞原理

【字体: 时间:2021年12月03日 来源:AAAS

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  通过原肠胚形成羊膜体的原始条纹和细胞原理

  

不相交的原始条纹

在人类发育过程中,受精后14天会出现一种称为原始条纹的线性结构。这种结构标志着胚胎从径向对称向双侧对称的转变。原始条纹还为经历原肠胚形成的细胞提供前、后和背腹侧的空间信息,形成不同的体细胞类型。在一篇评论中,盛.介绍原始条纹的系统发育和个体发生概况。他们讨论了原始条纹的组织、细胞和分子特征以及它在羊膜原肠胚形成中的作用。这种结构不被保存,也不需要体外发育,这一观察结果对基于胚胎干细胞的模型和人类发展研究的考虑具有启示意义-巴普

背景

多能干细胞是由受精后不久发生的胚胎分裂产生的。这些细胞通过原肠形成过程转化为可识别的有机体轮廓,在一个新兴的坐标系中赋予它们谱系和空间身份。在许多羊膜胚胎(如爬行动物、鸟类和哺乳动物的胚胎)中,原肠胚形成与一种称为原始条纹的短暂结构有关。人类发展也遵循这一模式。在人类,原始条纹在受精后14天形成。原始条纹的出现打破了外胚层(一层上皮化多能干细胞)的径向对称性,被认为是人类个性的象征。因此,许多国家都规定了人体受精卵体外培养14天的法定期限,这就是所谓的“14天规则”。近年来,多能干细胞已成为研究与人类早期发育相关的细胞和分子机制的一种很有前途的体外模型。在这些体外模型中观察到的发育特征的解释需要正确理解动物的原肠化,特别是羊膜原始条纹。

进展

在这篇综述中,我们对原始条纹及其在羊膜原肠形成中的作用进行了系统发育和个体发生的概述,并讨论了基于胚胎干细胞的哺乳动物早期胚胎发生模型对这一标志性结构功能的影响。我们提供的证据表明,原始条纹在羊膜发育过程中不是一个保守的特征,哺乳动物和鸟类原始条纹是通过不同的超细胞机制独立进化而来的,这些机制导致了它们的形态出现。我们认为,原肠胚化除了介导多能外胚层的出现外,主要是指胚胎获得一个坐标系来组织其原始细胞的命运以及器官和组织的原基在空间中相对应的过程。我们强调,在羊膜中,这一过程是由一系列保守的信号和转录网络通过一小部分细胞行为来调节的,这些行为的组织水平效应受边界条件的控制。我们认为,以营养外胚层和原始内胚层等胚外谱系进化的形式,不断变化的边界条件在胚孔向原始条纹的转化过程中起了关键作用。这些组织组织的变异性以及胚胎和胚胎外区域的划分,支持了哺乳动物和鸟类原始条纹形态外观和爬行动物原始条纹相关结构的观察变化。在过去的几年里,胚胎干细胞被用作模型来概括哺乳动物早期胚胎发生的几个方面。这些研究表明,在没有原始条纹的情况下,细菌层,甚至是一个初步的身体计划,都可以形成。

见解

我们的模型预测原始条纹最基本的特征羊膜早期发育中的类结构不是其形态表现,而是其在空间中协调细胞命运的能力。我们的模型还表明,在原肠胚形成过程中,细胞命运和组织水平的形态发生是独立调节的,然后在体内胚胎发育过程中相互协调。在体外发育模型中,这两个过程是不耦合的,并且被证明受到调节它们协调的不同类型的生物力学参数的影响。这种模块化使我们认为,体外模型对于研究原肠胚化是有用的,因为它们的使用不必重现胚胎结构。今后对羊膜早期发育的分析,无论是体内还是体外,都将有助于减少对原始条纹作为一种独特的胚胎学结构的重视,而更多地关注其作为对称性破坏和协调生殖层分化的管道的作用。

对人类发展的研究具有直接的社会和伦理影响。目前在人类胚胎研究中的伦理监督,即14天规则,在许多国家是有效的,它反映了一种跨学科的共识,在某种程度上武断地决定了人类胚胎的合法权利。作为人类早期胚胎发育的一个重要标志,我们应该重新评估人类胚胎的发育极限。在人类相关发育和干细胞生物学研究中实施伦理监督所必需的另一个里程碑,应该通过不同利益相关者之间的协商来选择,以确保科学和伦理的严谨性。

摘要

原始条纹是一种短暂的胚胎结构,标志着哺乳动物和鸟类胚胎的双侧对称性,有助于在原肠形成过程中向早期分化细胞提供前后和背腹侧空间信息。它的体外重演可能有助于体内复杂的组织和器官的衍生。正确理解原始条纹及其在人类发展中的作用是实现这些研究目标的关键。在这里,我们提供了原始条纹的概述,并得出结论,这种结构既不是保守的,也不是原肠形成或早期谱系多样化所必需的。从形态学上讲,我们提供了一个原始分子获得坐标的过程。我们预测原始条纹的重现对于体外发育是不必要的。

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