Кіріспе

Сомитогенез – сомиттердің қалыптасу процесі. Сомиттер – сегменттелген жануарлардың дамитын эмбрионның алдыңғы-артқы осі бойымен түзілетін, екі жақты жұптасқан параксиалды мезодерманың бөліктері. Омыртқалы жануарларда сомиттер қаңқа бұлшық еттерін, шеміршектерді, сіңірлерді, эндотелийді және дерманы құрайды.

Шолу

Сомитогенез кезінде соматтар нейруляцияланатын эмбриондағы мезодерманың белгілі бір аймағы – параксиалды мезодермадан қалыптасады. Бұл тінді бастапқы жолақ регрессияға ұшырағанда немесе эмбрион гаструляциялағанда конвергенттік кеңеюге ұшырайды. Нотокорд бас түбінен құйрыққа дейін созылады; онымен бірге параксиалды мезодерманың қалың жолақтары созылады. Бастапқы жолақ регрессиясын жалғастырғанда, соматтар параксиалды мезодермадан "жапырақтанған" ростральды сомитомерлер немесе параксиалды мезодерма жасушаларының айналмалы жиынтығы түрінде қалыптасып, біртіндеп бөлініп, жеке денелерге айналады. Осы бөліну оқиғаларының периодтық сипаты көптеген ғалымдарды сомитогенез сағаттық толқын моделі арқылы жүзеге асады деген тұжырымға келтірді, онда даму сигналдарының толқындары жаңа соматтардың периодтық қалыптасуына себеп болады. Бұл дамымаған соматтар сыртқы қабатқа (эпителийге) және ішкі массаға (мезенхимаға) тығыздалады. Соматтар олардың орналасқан жеріне сәйкес анықталады, себебі олар сомитогенезге дейін алдыңғы-артқы ось бойымен орналасуымен анықталатын сегменттік параксиалды мезодермадан пайда болады. Әрбір соматтың ішіндегі жасушалар сомат ішіндегі орналасқан жеріне байланысты анықталады. Сонымен қатар, олар сомитогенез процесінің салыстырмалы түрде кеш сатысына дейін кез келген соматтық құрылымға айналу мүмкіндігін сақтайды.

Кезектілігі

Гаструляция кезінде жасушалардың қозғалысынан кейін пресомиттік мезодерма жасушалары орналасқаннан кейін, осы жасушаларда көптеген гендердің осцилляторлық экспрессиясы дамудың "сағаты" арқылы реттеліп тұрғандай басталады. Бұрын айтылғандай, бұл көптеген ғалымдарды сомитогенезді "сағат және толқын" механизмі үйлестіреді деген қорытымға әкелді. Техникалық тұрғыдан алғанда, бұл сомитогенез гендер мен ген өнімдерінің торабының жасушалық автономияға жақын осцилляцияларының нәтижесінде жүзеге асады, бұл жасушалардың сағаттай тұрақты уақыт режимінде рұқсат етілген және рұқсат етілмеген күйлер арасында осцилляциясына себеп болады. Бұл гендерге FGF отбасының мүшелері, Wnt және Notch жолдары, сондай-ақ осы жолдардың нысаналары кіреді. Толқын фронты артқыдан алға қарай баяу жылжиды. Сигналдық толқын фронты рұқсат етілген күйдегі жасушалармен жанасқанда, олар эпителий-мезенхималық транзициядан өтеді және артқы пресомиттік мезодермадан бөлініп, сомит шекарасын құрайды және келесі сомит үшін процесті қайта бастайды. Әсіресе, толқын фронты сағаты моделінде Notch жолының циклдық белсендірілуі маңызды рөл атқарады. Нотчтың белсендірілуі сомиттердің негізгі параксиалды денеден бөлінуіне қажетті гендер каскадын циклдық түрде белсендіреді деп есептеледі. Бұл әртүрлі түрлерде әртүрлі механизмдермен реттеледі, мысалы, зебра балықтарында қарапайым теріс кері байланыс арқылы немесе балапандар мен егешқұйрықтарда FGF және Wnt сағаттары Notch сағатына әсер ететін күрделі процесс арқылы. Дегенмен, сегментация сағаты моделі жоғары эволюциялық тұрақтылыққа ие. "Сағат гендерінің" ішкі экспрессиясы бір сомит қалыптасуына қажетті уақытқа тең периодпен осцилляциялауы керек, мысалы, зебра балықтарында 30 минут, балапандарда 90 минут және жыландарда 100 минут. Пресомиттік жасушалардағы гендік осцилляция көбінесе, бірақ толық емес, жасушалық автономияға ие. Зебра балықтарында Notch сигналдауы бұзылғанда, көрші жасушалар синхронды осцилляцияламайды, бұл Notch сигналдауы көрші жасушалар популяциясын синхронды ұстау үшін маңызды екенін көрсетеді. Сонымен қатар, сомитогенездегі Sonic hedgehog (Shh) ақуызына қатысты зерттеулерде жасушалық өзара тәуелділік байқалды. Shh жолының протеиндерінің экспрессиясы пресомиттік мезодермада осцилляциялайтыны туралы хабарламалар болмаса да, олар сомитогенез кезінде пресомиттік мезодермада экспрессияланады. Тоқтың эмбрионында сомитогенез кезінде нотохорд алынғанда, сомиттердің қажетті саны қалыптасады, бірақ сегментация сағаты сомиттердің артқы үштен екісі үшін кешіктіріледі. Алдыңғы сомиттерге әсер етілмейді. Бір зерттеуде бұл фенотип Shh ингибиторларымен қайталанған, ал экзогенді Shh протеинімен уақытылы сомит қалыптасуы қалпына келтірілді, бұл нотохордтың жоғалған сигналы Shh арқылы жүзеге асырылатынын көрсетті.

Сомиттердің бөлінуіне және эпителиялануына сигнал беру

Сомиттердің физикалық бөлінуі жасушалардың бір-бірінен шегінісіне және әртүрлі жасушалар арасындағы шекаралардың қалыптасуына, сондай-ақ жаңа жабысулардың пайда болуына байланысты. Зерттеулер көрсеткендей, Eph рецепторы және шекара қалыптасуын үйлестіретін Ephrin ақуыздар отбасы осы процесте маңызды рөл атқарады. Бұған қоса, фибронектиндер мен кадериндер жасушалардың дұрыс орналасуына көмектеседі.

Анықтама және ажырату

Сомиттер түзілетін параксиалды мезодермаға қатысты, бластула сатысындағы тағдыр картасын жасау тәжірибелері гаструляция орнында, кейбір организмдерде бастапқы жолақ деп аталатын, ұйымдастырушының жанындағы аймақтарда пресомит мезодерманың ата-тегін көрсетеді. Трансплантациялық тәжірибелер көрсеткендей, бұл жасушалар тек кеш гаструла сатысында ғана параксиалды тағдырға міндеттеледі, яғни тағдырды анықтау жергілікті сигналдармен қатаң бақыланады және алдын ала белгіленбеген. Мысалы, пресомит мезодерманы сүйек морфогенетикалық ақуыздарына (BMP) ұсынғанда тінді құрлы қабатқа айналдырады, бірақ in vivo, ұйымдастырушы бөліп шығаратын BMP антагонисттері (мысалы, Noggin және chordin) осыған кедергі келтіреді және арқалық құрылымдардың қалыптасуын ынталандырады.

Сомитогенезді тоқтату

Қазіргі уақытта сомитогенез қандай нақты механизм арқылы тоқтатылатыны белгісіз. Бір ұсынылған механизм – параксиалды мезодерманың ең артқы жасушаларындағы кең көлемдегі жасушалардың өлімі, бұл аймақтың сомиттер қалыптастыруына бөгет жасайды. Басқалары BMP сигналдауын Noggin, Wnt мақсатты генінің тежеуі, сомиттерді алдын-сомиттік мезодерма жолақтарынан бөліп шығару үшін қажетті эпителий-мезенхималық өтуді басады және осылайша сомитогенезді тоқтатады деп санайды. Жоғары омыртқалыларда сомитогенез үшін қажетті қаудальды Fgf8 доменін шектеу үшін эндогенді ретино қышқылы қажет болғанымен, кейбір зерттеулер ретино қышқылының құйрығы жоқ (адам) немесе қысқа құйрығы бар (тауық) омыртқалыларда сомитогенезді аяқтаудағы рөлі болуы мүмкін екенін көрсетеді. Басқа зерттеулер сомиттің қалыптасу және өсу жылдамдығы мен алдын-сомиттік мезодерманың осы құйрық аймағына дейін өсуі арасындағы тепе-теңдік бұзылуы сомитогенездің аяқталуына себеп болуы мүмкін екенін ұсынады.

Түрлі түрлерде соматогенез

Әр түрлі түрлерде соматтардың саны әртүрлі болады. Мысалы, бақаларда шамамен 10, адамда 37, тауық балапандарында 50, егешқұйрықтарда 65, ал жыландарда 300-ден астам, шамамен 500-ге дейін соматтар кездеседі. Эмбрионның мөлшеріне тәжірибелік жолмен жасалған өзгерістер соматтардың санына әсер етпейді. Бір түрдің барлық дамитын эмбриондары бірдей сомат санымен қалыптасқандықтан, соматтардың саны дамитын омыртқалы жануарлардың жасын анықтау үшін жиі қолданылады.