Guinguette Marais Poitevin

VI Making the Pyloric Sphincter

Badania nad rozwojem zwieracza odźwiernikowego koncentrowały się głównie na modelach mysich i ptasich. Żołądek myszy wykazuje typową dla ssaków morfologię jelita przedniego, w którym korpus zawierający komórki ciemieniowe znajduje się przed wydzielającym śluz antrum. U pisklęcia natomiast, przednią część gruczołów stanowi żołądek. Funkcjonalnie unikalny mięśniowy żołądek tworzy tylną część żołądka, ale wykazuje on ekspresję wielu tych samych markerów genetycznych, co antrum u ssaków.82-84 Region odźwiernika u pisklęcia ma unikalny nabłonek, który różni się od nabłonka otaczającego żołądek lub jelito. Jednak u myszy nie ma znaczących różnic morfologicznych w nabłonku oddzielającym antrum od odźwiernika. Pomimo tych oczywistych różnic w morfologii przewodu pokarmowego, genetyczna sieć rozwoju odźwiernika i dystalnego żołądka wydaje się być dobrze zachowana między tymi dwoma gatunkami.82

Jednym z najwcześniejszych markerów terytorium odźwiernika jest Nkx2-5. Ekspresję tego genu homeobox po raz pierwszy obserwuje się w obustronnych kondensacjach mezodermalnej płyty splanchnicznej w E9,5.21 Do E10,5 ekspresja Nkx2-5 wyraźnie odgranicza pierścień mezodermy tuż dystalnie od żołądka, w miejscu przyszłego odźwiernika. Ekspresja Nkx2-5 na tym skrzyżowaniu między jelitem a żołądkiem jest widoczna u ptaków, myszy, dorosłych żab i kijanek (pomimo faktu, że kijanki mają słabo odgraniczony żołądek i nie mają zwieracza odźwiernika).82 Chociaż domena barwienia Nkx2-5 jest nieco szersza u kijanek w porównaniu z dorosłymi żabami (jest rozszerzona nieco do przodu), fakt, że marker ten ulega ekspresji, nawet przy braku zwieracza odźwiernika, sugeruje, że Nkx2-5 może odgrywać rolę w kształtowaniu wzorca niezależnie od jego możliwej roli w rozwoju zwieracza per se. Ponieważ mysie embriony Nkx2-5-null umierają bardzo wcześnie z powodu wad serca,85 analiza jego udziału w morfogenezie zwieracza lub ogólnie w patteringu będzie musiała być przeprowadzona przy użyciu podejścia warunkowego.

W kurczaku domena ekspresji Nkx2-5 znajduje się w odźwierniku i pokrywa się z domeną dla receptorów Bmp, Bmpr1b i Bmpr1a.83 Bmp4, jeden z ligandów dla tych receptorów, jest wykluczony z żołądka i odźwiernika, ale ulega ekspresji w przyległej mezodermie jelitowej. Ektopowa ekspresja Bmp4 lub jego receptorów w żołądku rozszerza domenę ekspresji Nkx2-583 , podczas gdy ektopowa ekspresja noggin zmniejsza ją.83,84 Ponadto nadekspresja receptorów Bmp aktywuje Nkx2-5 w sposób autonomiczny dla komórek. Ektopowa ekspresja Bmp4 zmienia również charakter nabłonka żołądka, upodabniając go do nabłonka odźwiernika.84 Co ciekawe, dzieje się to bez zmian w ekspresji markerów żołądka (Sox2 i Barx1), markerów jelitowych (CdxA i Nkx2.3) czy markerów całego regionu (Pdx1). Tak więc, te wczesne badania sugerowały, że Bmp4 (która jest downstream sygnałów Shh z endodermy) jest bezpośrednio odpowiedzialna za wzór ekspresji Nkx2-5 w odźwierniku i że Nkx2-5 może z kolei aktywować sygnały, które mówią z powrotem do nabłonka, aby określić jego charakter.

Oprócz aktywacji Nkx2-5, aktywność szlaku BMP aktywuje również ekspresję Sox9 w mezenchymie odźwiernika w sposób autonomiczny dla komórek.83,86 Co ciekawe, misexpression of Nkx2-5 nie wpływa na ekspresję Sox9 (i vice versa), co sugeruje niezależne ścieżki aktywacji każdego z tych czynników przez BMP.86,87 Endoderma żołądka kurcząt może być przekształcona w nabłonek typu odźwiernikowego przez misexpresję dominujących-negatywnych form Nkx2-5 (enrepNkx2-5) lub Sox9 (Sox9DCter), chociaż przekształcenie nabłonka przez enrepNkx2-5 w ten sposób jest niekompletne,83,87 co sugeruje, że Nkx2-5 nie jest wystarczający do specyfikacji regionu odźwiernikowego. Co ciekawe, misexpression of Gremlin in gizzard mesoderm yields a similar epithelial phenotype as Bmp4, Bmpr1b, Nkx2-5, or Sox9 misexpression, suggesting that Nkx2-5 and/or Sox9 may specify pyloric epithelium indirectly through regulation of Gremlin expression.87 In support of this hypothesis, misexpression of Sox9 or Sox9DCter in stomach mesoderm expansions or reduces Gremlin expression, respectively. Ponieważ Nkx2-5 nie reguluje Sox9, a związek regulacyjny między Nkx2-5 i Gremlin jest niejasny, mechanizm, za pomocą którego Nkx2-5 kontroluje fenotyp nabłonka odźwiernika, pozostaje nierozwiązany.

Inną cząsteczką, o której wiadomo, że jest ważna dla rozwoju odźwiernika, jest Barx1, wspomniany powyżej jako białko z domeną homeobox, które jest aktywowane w mezenchymie pod zmianami Sox2 dodatnimi w komórkach Cdx2-null. U myszy Barx1 ulega ekspresji w całej mezenchymie żołądka we wczesnym zarodku, ale jest nieobecny w żołądku u noworodków i dorosłych.26,33 U noworodków pozbawionych Barx1 (które muszą być generowane na mieszanym tle, aby mogły przetrwać do E12), ekspresja Cdx2 jest rozszerzona ku przodowi, chociaż nadal obserwuje się ostrą przednią granicę ekspresji Cdx2.26Pdx1 jest również rozszerzony, tak że jego przednia granica przylega do płaskiego przedżołądka, tak jakby brakowało korpusu lub był on skrócony. U zwierząt pozbawionych Barx1 całkowicie brakuje zwieracza odźwiernika, i jak omówiono powyżej, postawiono hipotezę, że jest to spowodowane zwiększoną sygnalizacją Wnt w żołądku po indukcji inhibitorów Wnt Sfrp1 i Sfrp2.33

Barx1 jest również wymagany do morfogenezy śledziony, ale w tym przypadku jego rola nie polega na antagonizowaniu sygnalizacji Wnt.26 Utrata Barx1 zmniejsza raczej ekspresję Wt1 w śledzionie. Wt1 ulega ekspresji w mezotelium i mezenchymie śledziony, a jego utrata, podobnie jak utrata Barx1, skutkuje mniejszą śledzioną, która nie jest dobrze oddzielona od trzustki. Jednakże, w przeciwieństwie do opisanej powyżej sytuacji u myszy Bapx1-null, to ciągłe połączenie z trzustką u zwierząt Barx1-null nie skutkuje metaplastycznymi rozrostami w trzustce.26 Ponieważ te zmiany metaplastyczne mogą być wytwarzane w dzikich skojarzeniach śledziony i trzustki in vitro, wydaje się mało prawdopodobne, że polegają one na jakimś unikalnym aspekcie fenotypu Bapx1-null, a bardziej prawdopodobne jest, że zwierzętom Barx1-null brakuje pewnych sygnałów, które pozwalają na rozwój takich struktur.

Podobnie jak Barx1 i Nkx2-5, Bapx1 (Nkx2-3) jest krytycznym graczem w morfogenezie zarówno śledziony, jak i odźwiernika. Bapx1 jest aktywowany nieco później niż Barx1 i Nkx2-5, a u kurcząt jest najpierw widoczny w lewej bocznej mezodermie, a później w przypuszczalnym żołądku, gdzie stopniowo koncentruje się w sąsiedztwie odźwiernika.88 U zarodków kurcząt ektopowa ekspresja Bapx1 hamuje ekspresję Bmp4 i Wnt5a w zarodku opuszki i przekształca nabłonek i mezenchymę opuszki w morfologię przypominającą żołądek.88 Postuluje się zatem, że Bapx1 w żołądku działa w celu supresji Bmp4 i Wnt5a w tym regionie i rzeczywiście, ekspresja formy Bapx1, która jest związana z represorem engrailed, powoduje ektopową aktywację Bmp4 i Wnt5a w żołądku. Częściowe przekształcenie żołądka w żołądek obserwuje się również, gdy dominująco-ujemna forma Nkx2-5 ulega ekspresji w żołądku, ale ekspresja Bmp4 i Wnt5a nie ulega w tym przypadku zmianie.83 Dodatkowo, ektopowy Bapx1 nie wpływa na ekspresję Nkx2-5, Barx1 lub Pdx1, co sugeruje, że nie jest on upstream tych czynników.88

W przypadku myszy, Bapx1 ulega ekspresji w antrum w E10,5, z ostrą przednią granicą na skrzyżowaniu antrum i korpusu; później jego ekspresja rozszerza się na większość żołądka, choć jest na niskim poziomie. Ukierunkowane zaburzenie Bapx1 powoduje utratę zwężenia odźwiernika (malformacja zwieracza odźwiernika) i skrócenie przedżołądka,27 ale nie zaburza ekspresji Nkx2-5. Verzi i współpracownicy badali myszy podwójnie null dla Bapx1 i Barx1 i odkryli, że fenotyp przypomina fenotyp zwierzęcia null Barx1; część ciałka jest bardziej skrócona u zwierząt null Barx1 niż u zwierząt null Bapx1. Dodatkowo, podczas gdy ekspresja Barx1 nie była zaburzona (lub prawdopodobnie zwiększona) u myszy Bapx1-/-, ekspresja Bapx1 była znacznie zmniejszona u zwierząt Barx1 null, ustalając, że Barx1 jest epistatyczna w stosunku do Bapx1 w rozwijającym się antrum.27