Guinguette Marais Poitevin

VI Fare lo sfintere pilorico

Gli studi sullo sviluppo dello sfintere pilorico si sono concentrati soprattutto su modelli murini e aviari. Lo stomaco del topo presenta la tipica morfologia dell’intestino anteriore dei mammiferi, in cui il corpo contenente le cellule parietali è anteriore a un antrum secernente muco. Nel pulcino, tuttavia, il proventricolo è la regione ghiandolare anteriore. Un ventriglio muscolare funzionalmente unico forma lo stomaco posteriore, ma esprime molti degli stessi marcatori genetici dell’antrum dei mammiferi.82-84 La regione pilorica nel pulcino ha un epitelio unico, che differisce da quello del ventriglio circostante o dell’intestino. Tuttavia, nel topo, non ci sono notevoli differenze morfologiche nell’epitelio che separa l’antro dal piloro. Nonostante queste evidenti variazioni nella morfologia del tratto gastrointestinale, la rete genetica dello sviluppo del piloro e dello stomaco distale sembra essere ben conservata tra le due specie.82

Uno dei primi marcatori del territorio pilorico è Nkx2-5. L’espressione di questo gene homeobox si osserva per la prima volta nelle condensazioni bilaterali della placca mesodermica splancnica a E9.5.21 A E10.5, l’espressione di Nkx2-5 delimita chiaramente un anello di mesoderma appena distale allo stomaco, nel sito del futuro piloro. L’espressione di Nkx2-5 in questa giunzione tra l’intestino e lo stomaco si osserva negli uccelli, nei topi, nelle rane adulte e nei girini (nonostante il fatto che i girini abbiano uno stomaco poco delimitato e nessuno sfintere pilorico).82 Anche se il dominio di Nkx2-5 colorazione è leggermente più ampia nei girini rispetto alle rane adulte (è espansa leggermente anteriormente), il fatto che questo marcatore è espresso, anche in assenza di uno sfintere pilorico, suggerisce che Nkx2-5 può essere giocare ruoli di patterning indipendente dal suo possibile ruolo nello sviluppo dello sfintere per sé. Poiché gli embrioni di topo Nkx2-5-null muoiono molto presto per difetti cardiaci,85 l’analisi della sua partecipazione nella morfogenesi dello sfintere o nel patterning in generale dovrà essere analizzata utilizzando un approccio condizionale.

Nel pulcino, il dominio di espressione di Nkx2-5 si trova a livello del piloro e si sovrappone al dominio dei recettori Bmp, Bmpr1b e Bmpr1a.83 Bmp4, uno dei ligandi per questi recettori, è escluso dal ventriglio e dal piloro, ma è espresso nel mesoderma intestinale adiacente. L’espressione ectopica di Bmp4 o dei suoi recettori nel ventriglio amplia il dominio di espressione di Nkx2-583 , mentre l’espressione ectopica di noggin lo riduce.83,84 Inoltre, la sovraespressione dei recettori Bmp attiva Nkx2-5 in modo autonomo dalle cellule. L’espressione ectopica di Bmp4 cambia anche il carattere dell’epitelio del ventriglio per assomigliare a quello della regione pilorica.84 È interessante notare che questo avviene senza cambiamenti nell’espressione dei marcatori dello stomaco (Sox2 e Barx1), dei marcatori intestinali (CdxA e Nkx2.3), o dei marcatori dell’intera regione (Pdx1). Così, questi primi studi hanno suggerito che Bmp4 (che è a valle dei segnali di Shh dall’endoderma) è direttamente responsabile del modello di espressione di Nkx2-5 nel piloro e che Nkx2-5 può a sua volta attivare segnali che parlano all’epitelio per determinarne il carattere.

Oltre alla sua attivazione di Nkx2-5, l’attività del percorso BMP attiva anche l’espressione di Sox9 nel mesenchima pilorico in maniera autonoma dalle cellule.83,86 È interessante notare che la bispressione di Nkx2-5 non influenza l’espressione di Sox9 (e viceversa), suggerendo percorsi indipendenti per l’attivazione di ciascuno di questi fattori da parte delle BMP.86,87 L’endoderma del ventriglio di pollo può essere convertito in epitelio di tipo pilorico mediante la bisessuazione di forme dominanti-negative di Nkx2-5 (enrepNkx2-5) o Sox9 (Sox9DCter), sebbene la conversione epiteliale da enrepNkx2-5 in questo modo sia incompleta,83,87 suggerendo che Nkx2-5 non è sufficiente per specificare la regione pilorica. È interessante notare che la bisessuazione di Gremlin nel mesoderma del ventriglio produce un fenotipo epiteliale simile alla bisessuazione di Bmp4, Bmpr1b, Nkx2-5 o Sox9, suggerendo che Nkx2-5 e/o Sox9 possono specificare l’epitelio pilorico indirettamente attraverso la regolazione dell’espressione di Gremlin.87 A sostegno di questa ipotesi, la bisessuazione di Sox9 o Sox9DCter nel mesoderma dello stomaco espande o riduce l’espressione di Gremlin, rispettivamente. Poiché Nkx2-5 non regola Sox9 e la relazione di regolazione tra Nkx2-5 e Gremlin non è chiara, il meccanismo con cui Nkx2-5 controlla il fenotipo epiteliale pilorico rimane irrisolto.

Un’altra molecola nota per essere importante per lo sviluppo del piloro è Barx1, menzionata sopra come una proteina con dominio homeobox che viene attivata nel mesenchima sotto le lesioni positive a Sox2 nelle cellule Cdx2-null. Nel topo, Barx1 è espressa in tutto il mesenchima dello stomaco del primo embrione, ma è assente dallo stomaco nel neonato e nell’adulto.26,33 Negli animali neonatali Barx1-null (che devono essere generati su un background misto per sopravvivere oltre E12), l’espressione di Cdx2 è espansa anteriormente, anche se si osserva ancora un netto confine anteriore dell’espressione di Cdx2.26Pdx1 è anche espansa, in modo tale che il suo confine anteriore aderisce al forestomach squamoso, come se il corpus fosse mancante o troncato. Lo sfintere pilorico manca completamente negli animali Barx1 nulli, e come discusso sopra, è stato ipotizzato che questo sia dovuto all’aumento della segnalazione Wnt nello stomaco in seguito all’induzione degli inibitori Wnt Sfrp1 e Sfrp2.33

Barx1 è anche richiesto per la morfogenesi della milza, ma in questo caso, il suo ruolo non comporta l’antagonismo della segnalazione Wnt.26 Piuttosto, la perdita di Barx1 riduce l’espressione di Wt1 nella milza. Wt1 è espresso nel mesotelio e nel mesenchima della milza e la sua perdita, come la perdita di Barx1, risulta in una milza più piccola che non è ben separata dal pancreas. Tuttavia, a differenza della situazione nei topi Bapx1-null descritta sopra, questa continua associazione con il pancreas negli animali Barx1-null non provoca crescite metaplastiche nel pancreas.26 Poiché queste lesioni metaplastiche possono essere prodotte in associazioni di milza e pancreas in vitro, sembra improbabile che si basino su qualche aspetto unico del fenotipo Bapx1-null e più probabilmente che agli animali Barx1-null manchino certi segnali che permettono lo sviluppo di tali strutture.

Come Barx1 e Nkx2-5, Bapx1 (Nkx2-3) è un attore critico nella morfogenesi sia splenica che pilorica. Bapx1 si attiva un po’ più tardi rispetto a Barx1 e Nkx2-5 e nel pulcino, è visto prima nel mesoderma laterale sinistro e più tardi nel presunto ventriglio dove si concentra progressivamente adiacente al piloro.88 Negli embrioni di pulcino, l’espressione ectopica di Bapx1 inibisce l’espressione di Bmp4 e Wnt5a nel proventricolo e converte l’epitelio e il mesenchima del proventricolo nella morfologia del ventriglio.88 Si postula quindi che Bapx1 nel ventriglio agisca per sopprimere Bmp4 e Wnt5a in questa regione e in effetti, l’espressione di una forma di Bapx1 che è legata al repressore engrailed risulta in un’attivazione ectopica di Bmp4 e Wnt5a nel ventriglio. Una parziale conversione del proventricolo in ventriglio si osserva anche quando una forma dominante-negativa di Nkx2-5 è espressa nel proventricolo, ma l’espressione di Bmp4 e Wnt5a non è alterata in questo caso.83 Inoltre, Bapx1 ectopico non influenza l’espressione di Nkx2-5, Barx1 o Pdx1, suggerendo che non è a monte di questi fattori.88

Nel topo, Bapx1 è espresso nell’antrum a E10.5, con un confine anteriore netto alla giunzione tra l’antrum e il corpus; più tardi, la sua espressione si espande fino a includere la maggior parte dello stomaco, sebbene l’espressione sia a un livello basso. L’interruzione mirata di Bapx1 provoca la perdita della costrizione pilorica (malformazione dello sfintere pilorico) e l’accorciamento dell’antrum,27 ma non interrompe l’espressione di Nkx2-5. Verzi e colleghi hanno studiato i topi doppiamente nulli per Bapx1 e Barx1 e hanno scoperto che il fenotipo assomiglia a quello dell’animale nullo per Barx1; la porzione del corpus è più tronca negli animali nulli per Barx1 che in quelli nulli per Bapx1. Inoltre, mentre l’espressione di Barx1 non era perturbata (o forse aumentata) nei topi Bapx1-/-, l’espressione di Bapx1 era notevolmente ridotta negli animali Barx1 null, stabilendo che Barx1 è epistatico a Bapx1 nell’antro in sviluppo.27