Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Аорта-гонад-мезонефрос (АГМ) – тауық және тышқан эмбриондарында парааортальдік спланкноплеврадан эмбриональды даму кезінде пайда болатын эмбриональды мезодерма аймағы. Ұзақ мерзімді көп ұрпақтылыққа қабілетті, сәулеленген ересек қабылдаушыларда жаңаруға мүмкіндігі бар, алғашқы ересек анықталған гематопоэтикалық түбір жасушалар эмбриональды арқалық аортаның вентральді эндотелиальді қабырғасынан “эндотелиальді-гематопоэтикалық транзиция” (ЭГТ) деп аталатын эндотелиальді трансдифференциация процесі арқылы пайда болады. Тышқан эмбрионында бұл алғашқы ГТЖ-лар Ly6A GFP (Sca1), CD31, cKit, Gata2, Notch1 және BMP экспрессиясымен сипатталады. Аорта-гонад-мезонефрос (АГМ) аймағы – адам, тышқан және құстар мен зебра балықтары сияқты сүтқоректі емес омыртқалы жануарлардың эмбриондарында анықталған спланкноплевра мезодермасынан туындаған аймақ. Ол арқалық аорта, жыныс қырлары және мезонефросты қамтиды, нотохорда мен соматикалық мезодерма арасында орналасқан және эмбрионның көпіршігінен алдыңғы аяқ бүршігіне дейін созылады. АГМ аймағы эмбриональды дамуда маңызды рөл атқарады, ол анықталған гематопоэз үшін алғашқы автономды эмбриональді орын болып табылады. Анықталған гематопоэз гематопоэтикалық түбір жасушаларын шығарады, олар сәулеленген қабылдаушыларға сериялық трансплантацияланған кезде “өзін-өзі жаңартуға” қабілетті және ересек гематопоэтикалық иерархияның кез келген қан жасушаларына дифференциалданады. Эмбриональды даму кезіндегі белгілі бір кезеңде арқалық аорта гематопоэтикалық түбір жасушаларын өндіреді, олар ақырында бауырға қоныстанып, ересекте барлық жетілген қан жасушаларының тегін құрайды. Туған кезде арқалық аорта төменгі аортаға айналады, ал жыныс қырлары жыныс бездерін құрайды.
The aorta gonad mesonephros (AGM) is a region of embryonic mesoderm that develops during embryonic development from the para aortic splanchnopleura in chick, mouse embryos. The very first adult definitive haematopoietic stem cells, capable of long term multilineage repopulation of adult irradiated recipients, originate from the ventral endothelial wall of the embryonic dorsal aorta, through an endothelial transdifferentiation process referred to as an 'endothelial to haematopoietic transition' (EHT). In the mouse embryo, these very first HSCs are characterised by their expression of Ly6A GFP (Sca1), CD31, cKit, Gata2, Notch1, and BMP amongst others. The aorta gonad mesonephros (AGM) region is an area derived from splanchnopleura mesoderm identified in embryonic humans, mice, and non mammalian vertebrates such as birds and zebrafish. It contains the dorsal aorta, genital ridges and mesonephros and lies between the notochord and the somatic mesoderm, extending from the umbilicus to the anterior limb bud of the embryo. The AGM region plays an important role in embryonic development, being the first autonomous intra embryonic site for definitive haematopoiesis. Definitive haematopoiesis produces haematopoietic stem cells that have the capacity to 'self renew' when serially transplanted into irradiated recipients, and differentiate into any of the blood cell lineages of the adult haematopoietic hierarchy. For a period during embryonic development, the dorsal aorta produces hematopoietic stem cells, which will eventually colonise the liver and give rise to all mature blood lineages in the adult. By birth, the dorsal aorta becomes the descending aorta, while the genital ridges form the gonads.
Функция
Аорта-гонад-мезонефроз аймағының ең маңызды функциясы – нақты гематопоэздегі рөлі. Нақты гематопоэз – эмбрионалды гематопоэздің екінші толқыны, ол ересек гематопоэтикалық жүйедегі барлық гематопоэтикалық тамыр жасушаларын (stem cells) құрайды. Аорта-гонад-мезонефроз аймағында көп потенциалды гематопоэтикалық колония құраушы көкбауыр бірліктері (CFU S) және ұзақ мерзімді репопуляциялық гематопоэтикалық тамыр жасушалары (LTR HSC) бар екені көрсетілген. Сары қапшықтан (extra embryonic haematopoietic site) айырмашылығы, аорта-гонад-мезонефроз аймағында CFU S саны әлдеқайда көп. LTR HSC белсенділігі де сары қапшық пен ұрықтың бауырына қарағанда аорта-гонад-мезонефроз аймағында сәл ертерек кездеседі, бұл осы аймақтағы нақты гематопоэздің күшін көрсетеді. Сонымен қатар, егешқұйрықтың (mouse) эмбриондарынан алынған АГМ-нің (AGM) оқшауланған мүшелік культуралары сары қапшық немесе бауырдың әсері болмаса, гематопоэтикалық тамыр жасушаларының белсенділігін өздігінен бастай алады. Коитус кезінен кейін 10 күн өткенде (d. p. c.) аорта-гонад-мезонефроз аймағы нақты гематопоэтикалық тамыр жасушаларының белсенділігін бастап, кеңейте алады, ал сары қапшықта 11 күнге дейін гематопоэтикалық белсенділік байқалмайды. Бұл "жоғалу" гематопоэтикалық тамыр жасушаларының ұрықтың бауырына (foetal liver) миграциялануымен байланысты, онда ол гематопоэздің келесі орнына айналады. Адам эмбриондарында да осыған ұқсас жағдай байқалады, онда олар алғаш рет 27-ші күні аорта-гонад-мезонефроз аймағында анықталады, 35-ші күні қарқынды түрде көбейеді, содан кейін 40-шы күні жоғалады.
The most significant function of the aorta gonad mesonephros region is its role in definitive haematopoiesis. Definitive haematopoiesis is the second wave of embryonic haematopoiesis and give rise to all hematopoietic stem cells in the adult hematopoietic system. The aorta gonad mesonephros region has been shown to harbour multipotent hematopoietic colony forming unit spleen (CFU S) progenitor cells and pluripotential long term repopulating hematopoietic stem cells (LTR HSCs). In contrast to the yolk sac, the extra embryonic haematopoietic site, the number of CFU S was much greater in the aorta gonad mesonephros region. LTR HSC activity was also found in the aorta gonad mesonephros region at a slightly earlier time than in the yolk sac and fetal liver. Thus indicating the potency of definitive haematopoiesis from this region. Furthermore, isolated organ cultures of the AGM from mouse embryos can autonomously initiate hematopoietic stem cell activity, without influence from the yolk sac or liver. At 10 days post coitus (d. p. c.) the aorta gonad mesonephros region was able to initiate and expand definitive haematopoietic stem cell activity, whereas no haematopoietic activity was seen in the yolk sac until 11 d. p. c. This is the same in human embryos, where they are first detected at day 27 in the aorta gonad mesonephros region, expand rapidly at day 35, then disappear at day 40. This “disappearance” correlates to the migration of these hematopoietic stem cells to the foetal liver, where it becomes the subsequent site of haematopoiesis.
Гистология
Дорсальдық аорта эндотелий қабатынан және оның астындағы стромальды қабаттан құралған. Сондай-ақ, гематогендік эндотелий деп аталатын тағы бір жасушалар тобы бар, олар гематопоэтикалық шектеулі жасушаларды жасау үшін эндотелий қабатынан пайда болады.
The dorsal aorta consists of an endothelial layer and an underlying stromal layer. There is also another cell population called haematogenic endothelium, which derive from the endothelial layer to produce hematopoietic stem cells.
Эндотелиялық жасушалар
Эндотелиялық жасушалар барлық қан тамырларының ішкі бетін жалпақ эндотелиялық қабат ретінде жабады. Бұл жасушалар бір-бірімен тығыз байланыстар арқылы байланыста болады. АГМ-де эндотелий жасушалары арқалық аортаның ішкі бетін жабады. Эндотелий жасушаларының ерекше тобы, гемогендік эндотелий гематопоэтикалық шектеулі жасушаларға айналуға қабілетті.
Endothelial cells line the lumen of all blood vessels as a single squamous endothelial layer. These cells maintain contact with each other through tight junctions. In the AGM, endothelial cells line the lumen of the dorsal aorta. A specialised subset of endothelial cells, haemogenic endothelium has the potential to differentiate into haematopoietic stem cells.
Гемогендік эндотелий
Гемопоэтикалық дің жасушалары (ГДЖ) арқалық аортаның вентральды эндотелийіне берік жабысып қалған. Бұл жасушалар гематогендік эндотелийден, гематопоэтикалық және эндотелиялық тектің алғы құрылымынан пайда болған деп анықталды. Осы жерде ГДЖ арқалық аортаның эндотелийлік қабығынан дифференциацияланады. Эндотелиялық жасушалардың ерекше маркері – VE-кадерин аорта эндотелийінің люминальдық жағында табылады. Арқалық аортаның қабырғасындағы жасушалар тобы VE-кадеринмен қатар CD34-ті (жалпы гематопоэтикалық және эндотелиялық маркер) және CD45-ті (гематопоэтикалық жасушаларда болатын маркер) де экспрессиялайды. Бұл арнайы эндотелиялық жасушалар ин витро жағдайында гематопоэтикалық текті жасушаларға қарағанда гематопоэтикалық дің жасушаларын жоғары деңгейде жасай алады. Осылайша, екі тектің жасуша бетіндегі маркерлердің бірмезгілікті экспрессиясы гематопоэтикалық дің жасушаларының АГМ-де арқалық аортаның эндотелиялық жасушаларынан туындайтынын көрсетеді. Тірі зебра балықтарының эмбриондарын уақыт өте келе бақылау гематогендік эндотелийдің гематопоэтикалық дің жасушаларына дифференциациялануын көрсетті. Ұрықтанғаннан кейін шамамен 30 сағаттан бастап, алғашқы dHSC пайда болуына бірнеше сағат қалғанда, аортаның төңкерілігіндегі көптеген эндотелиялық жасушалар жиырылып, субаорталық кеңістікке қарай иіле бастайды, бұл әдетте 1-2 сағатқа созылады. Содан кейін бұл жасушалар медиолатеральді ось бойында одан әрі жиырылып, екі жақты эндотелиялық жасушаларын жақындастырады және олармен байланысын үзеді. Жаңа пайда болған жасуша дөңгелек пішінге ие болып, тамыр осын бойында жылжу үшін ростральды және каудальды эндотелиялық жасушалармен тығыз байланыста қалады. Электрондық микроскоптан алынған суреттер бұл жасушалардың тығыз қосылыстар арқылы байланыста екенін көрсетеді. Бұл байланыстар ерігеннен кейін, жасушаның апикальдық-базалық полярлығының нәтижесінде субаорталық кеңістікке өтеді және одан әрі басқа гематопоэтикалық органдарды мекендейді.
Hematopoietic stem cells (HSC) were detected adhering firmly to the ventral endothelium of the dorsal aorta. These cells have been identified to originate from haematogenic endothelium, a precursor of both hematopoietic and endothelial lineages. This is where HSC differentiate from the endothelial lining of the dorsa aorta. VE cadherin, a specific marker for endothelial cells is found on the luminal side of the aortic endothelium. Cells clustered on the wall of the dorsal aorta also expressed VE cadherin as well as CD34, a common hematopoietic and endothelial marker; and CD45, a marker present on hematopoietic cells. When these special endothelial cells were cultured in vitro, they were able to generate haematopoietic stem cells at a higher rate than cells from a haematopoietic origin. Thus the co expression of cell surface markers from both lineages suggests that hematopoietic stem cells differentiate from endothelial cells of the dorsal aorta in the AGM. Time lapse imaging of live zebrafish embryos has provided the visualisation of haematogenic endothelium differentiating into hematopoietic stem cells. From about 30 hours post fertilization, a few hours before the first appearance of dHSCs, many endothelial cells from the aortic floor start contracting and bending towards the subaortic space, usually lasting for 1–2 hours. Then these cells undergo a further contraction along the mediolateral axis, bringing together its two lateral endothelial neighbours and releasing its contact with them. The emerged cell assumes a rounded morphology and maintains strong contacts with the rostral and caudal endothelial cells to travel along the vessel’s axis. Electron microscope images show that these cells maintain contacts through tight junctions. Once these contacts dissolve, the cell, due to its apical base polarity, moves into the subaortic space and consequently colonises other hematopoietic organs.
Runx1
RUNX1 (сонымен қатар AML1 деп те аталады) – АГМ-де гемогенді эндотелиялық жасушалардың өндірілуіне және белсендірілуіне тікелей қатысы бар транскрипциялық фактор. RUNX1 жоқ жануарларға жасалған зерттеулерде, эмбрион E12 стадиясына жеткенге дейін барлық ұрықтық тіндерде нақты гематопоэтикалық белсенділік толығымен жойылғаны анықталды. RUNX1 жоқ жануарларда АГМ-нің морфологиялық өзгерістері де байқалады, оның ішінде мезенхималық жасушалардың тым көп жиналуы. Мезенхималық жасушалар эндотелиялық жасушаларға дифференциацияланғанда, RUNX1-дің болмауы мезенхималық жасушалардың гемогенді эндотелиялық жасушаларға дифференциациялану қабілетіне әсер етуі мүмкін. Бұл мезенхималық жасушалардың санының артуын және басқа гематопоэтикалық маркерлерге оң нәтиже бермейтін жасушалардың болуын түсіндіреді. Runx1 гемогенді эндотелийдің белсендірілуіне де қатысады. Шартты нокауттарды қолдану арқылы, АГМ гемогенді эндотелиялық жасушаларында Runx1 экспрессиясын жою HSC-лердің өндірілуіне кедергі келтіретіні көрсетілді. Аталған эксперименттер сонымен қатар, HSC-лер өндірілгеннен кейін Runx1 қажет болмайтынын және HSC белсенділігі бақылау тобымен салыстырғанда ешқандай өзгеріс көрсетпейтінін анықтады. Runx1 жоқ АГМ жасушаларына in vitro ретровирустық трансфер жасап, Runx1 экспрессиясын арттырғанда, оларды құтқарып, толыққанды гематопоэтикалық жасушаларды өндіруге мүмкіндік болды. Бұл Runx1 гемогенді жасушалардың белсендірілуіне және мезенхималық жасушалардан олардың пайда болуына байланысты сигналдық жолдарда маңызды рөл атқаратынын көрсетеді.
RUNX1 (also known as AML1) is a transcription factor that has been heavily implicated in the production and activation of haemogenic endothelial cells in the AGM. RUNX1 knockout studies have shown a complete removal of definitive haematopoietic activity in all foetal tissues before embryo lethality at E12. RUNX1 knockouts also produce morphological changes in the AGM, with excessive crowding of mesenchymal cells. As mesenchymal cells differentiate into endothelial cells, the absence of RUNX1 may impact on the ability of mesenchymal cells to differentiate into haemogenic endothelial cells. This would explain the increase in mesenchymal cell number, and the distinct lack of cells positive for other haematopoietic markers. Runx1 has also been implicated in the activation of haemogenic endothelium. Using conditional knockouts it was shown that the removal of Runx1 expression in AGM haemogenic endothelial cells, prevented the production of HSCs. The same experiments also showed that once HSCs were produced, Runx1 was no longer required producing no deviation in HSC activity compared to controls. Additionally, when AGM cells from Runx1 knockouts underwent retroviral transfer in vitro to overexpress Runx1, they were able to be rescued and produce definitive haematopoietic cells. This suggests that Runx1 plays a critical role in the signalling pathway for haemogenic cell activation and its production from mesenchymal cells.
Азот оксиді
Азот оксидінің сигнализациясы гемогендік эндотелиялық жасушалардың өндірілуіне және белсендірілуіне де қатысады, бұл мүмкін Runx1 экспрессиясын реттеу арқылы жүзеге асырылады. Қан ағынының тудырған кернеуі қан тамырларындағы механорецепторларды белсендіреді, нәтижесінде NO өндірісі қан айналымына байланысты болады. Бұл Ncx1 нокаутында көрінеді, онда жүрек соғуының қалыптаспауы және одан туындайтын қан айналымының болмауы Runx1 экспрессиясының төмендеуіне және AGM-де гематопоэтикалық белсенділіктің жоқтығына алып келеді. Ncx1 нокаутында сыртқы NO көзімен қамтамасыз етілген кезде, AGM-дегі гематопоэтикалық белсенділік жабайы типке жақын деңгейге қайта оралады. Бұл гематопоэзді бақылаудағы негізгі фактор ретінде NO сигнализациясын бөліп көрсетеді, тек қан айналымы ғана емес. Дегенмен, NO-ны Runx1 экспрессиясына байланыстыратын сигнализация каскады әлі анықталған жоқ. NO сигнализациясы жасушалардың жабысу молекулалары ICAM 1 экспрессиясын реттеу арқылы эндотелиялық жасушалардың қозғалғыштығын да басқарады. Бұл оның гемогендік эндотелиялық жасушалардың қан айналымына түсуіне қатысы болуы мүмкін екенін көрсетеді. Runx1 гемогендік эндотелиялық жасушалардың белсендірілуі үшін де маңызды болғандықтан, NO осы екі төменгі деңгейдегі әсерді де реттеуі мүмкін.
Nitric oxide signalling has also been shown to play a role in haemogenic endothelial cell production and activation, possibly by regulating the expression of Runx1. The sheer stress from blood flow activates mechanoreceptors in the blood vessel to produce NO, making NO production circulation dependent. This is seen in Ncx1 knockouts, where the failure to develop a heartbeat, and consequent lack of circulation results in a down regulation of Runx1 and no haematopoietic activity in the AGM. When Ncx1 knockouts are supplied with an external source of NO, haematopoietic activity in the AGM returns to near wild type levels. This isolates NO signalling as the key factor controlling haematopoiesis, and not just the presence of circulation. However the signalling cascade linking NO to Runx1 expression is yet to be elucidated. NO signalling has also been shown to control the motility of endothelial cells by regulating the expression of cell adhesion molecules ICAM 1. This makes it likely that it is involved in the budding of haemogenic endothelial cells into circulation. As Runx1 is also crucial for haemogenic endothelial cell activation, it is possible that NO regulates both of these downstream effects.
Нотшалық сигнал беру
Notch1 – ГСК өндірісінің сигналдық жолдарына қатысы бар тағы бір ақуыз. Notch1 жоқ организмдерде сары қабықтағы гематопоэз қалыпты жүреді, бірақ АГМ-де ГСК-лер өндірілмейді. Тәжірибелер көрсеткендей, Notch1 экспрессиясының төмендеуі Runx1 экспрессиясына да әсер етеді, оның нәтижесінде Runx1 деңгейі төмендейді. Notch1 артық экспрессияланған қосымша тәжірибелерде АГМ эндотелийінде анық гематопоэтикалық жасушалардың ірі кластерлері дамиды. Runx1 экспрессиясы гематопоэтикалық жасушалар өндірісіне пропорционалды екендігін ескере отырып, бұл нәтижелер Notch1-дің де Runx1-ді реттеуге қатысатынын көрсетеді.
Notch1 is another protein which has been implicated in the signalling pathway for HSC production. Notch1 knockouts exhibit normal haematopoiesis in the yolk sac, but fail to produce any HSCs in the AGM. Experiments have been shown that decreased Notch1 expression also affects the expression of Runx1, resulting in its downregulation. Further experiments in which Notch1 is overexpressed shows large clusters of definitive haematopoietic cells developing in the endothelium of the AGM. As Runx1 expression is proportional to haematopoietic cell production, these results suggest that Notch1 is also involved in regulating Runx1.