ショウジョウバエにおける心臓流出領域のパターニング

結果と議論

HANCsは頭部表皮に由来し、lb遺伝子機能を必要とする。 これまでの研究(5、11、17、19)は、細胞運命の特定プロセスにおけるlb遺伝子の役割を記述している。 ショウジョウバエでは、機能実験の利得と損失は、lb遺伝子は、心臓および筋肉細胞のサブセットのアイデンティティを指定し、この機能は、lbの高度に制限された、系統特異的な中胚葉発現に起因することを明らかにしている。 また、lbeの精密分析(図1)を実施した。 心臓融合の開始時のlbl(データは示さず)発現パターンは、心臓の先端にちょうど前方に位置するlb陽性細胞の三角形のクラスターを明らかにした(図1)。 1A、アローヘッド)。 心臓関連リンパ腺および環腺に関するこれらの細胞の位置のより正確な記述を生成するために、我々は、lbおよび特定の腺マーカーの胚を二重標識した(図 1BおよびC)。 抗蛇抗体を有するリンパ腺前駆体は、心臓先端の両側に側面を有していた(図1)。 1B)しかし、lbによって標識された領域と重複しない。 同様に、l(2)1 8 5 7エンハンサー trap株の二重染色は、lb陽性細胞が環腺のすぐ前に位置していることを示す(図1 5)。Laczを特異的に発現するl(2)1 8 5 7エンハンサー trap株の二重染色は、lb陽性細胞が環腺のすぐ前に位置していることを示している(図1 5)。 1C)。

iv xmlns:xhtml=”http://www.w3.org/1999/xhtml図。 1.

lb-HANCsを発現しています。 共焦点顕微鏡写真は、WT胚(AおよびB)とエンハンサートラップl(2)1857ライン胚のステージ15のちょうど二つの心臓primordi(C)の融合前の背側のビューを示しています。 (A)抗Lbe抗体による免疫染色により、lb陽性の心臓細胞(矢印)および心臓の先端の直前に位置するlb発現細胞のクラスター(矢印)を明らかにする。 (BおよびC)心臓固定l b発現細胞(矢頭)に対する蛇陽性リンパ腺原基(l g)(B)およびlacz陽性環腺(r g)(C)の位置を明らかにする二重免疫染色。 リンパ腺とリング腺前駆体の両方がlb陽性細胞のクラスターの後方に位置しています。 胚は左に前方に向けられている。 (拡大:A、×200;BおよびC、×400。心臓関連lb陽性細胞の起源を決定するために、我々は初期段階から胚の前部におけるlb発現を追跡した。 心臓融合に先行するはい段階では,二つの心臓原基の前部に関連するlb発現を検出することができなかった。 この知見は,lb陽性細胞はもともと心臓領域に特定されておらず,後の段階で心臓細胞と関連する異なる起源の細胞を表す可能性があることを示唆した。 実際、後期段階1 1では、背側頭部表皮中のlb陽性細胞の群(図1 1A)が、lb陽性細胞のlb陽性細胞のlb陽性細胞のlb陽性細胞である。 が検出される。 これらの細胞は、わずかに後に陥没し始め、折り畳まれた表皮の主要部分を形成する(図10)。 2B)。 この陥入の位置とタイミングは、前頭嚢と呼ばれる背側袋の後部を生じさせる、頭表皮の折り畳みに似ています(20)。 Lb発現細胞が前頭嚢の先端に対応するかどうかを確認するために、我々は、背側パウチ形成細胞においてLacZを発現するescargot−LaczラインN5 1 6を使用した(2 0)。 ステージ14の二重染色(図14)。 図2b)および段階1 6(図2B)および段階1 6(図2B)。 2C)抗Lbeおよび抗β-ガラクトシダーゼ抗体を用いたN516胚は、lbおよびesgが陥入前頭嚢の先端に共発現されることを明確に示す。 胚の頭部領域の背側図(図1)。 これらの細胞が、先に示された心臓関連lb陽性細胞と同じ三角形の配置を示すことを確認する(図2Dと比較する)。 2Dおよび1)。

図10に示すように、

2.

HANCsは頭部表皮に由来し、lb欠損胚では指定されていない。 (A−D)Lb(緑色)およびβ−ガラクトシダーゼ(赤色)について二重標識されたwt(A)およびescargot enhancer trap N5 1 6(B−D)胚の頭部領域の横方向(A−C)および背側(D)ビューを示す透過光チャ (A)第1 1期胚では、背頭表皮の少数の細胞がlb(矢頭)を発現する。 段階14(B)および段階16(C)で、lb陽性細胞はescargot(矢頭)を共発現し、陥入前頭嚢の先端に局在する。 (D)前頭嚢の遠位部分(矢頭)におけるlbおよびLaczの共発現を示す、第1 6期N5 1 6胚の背側図。 (EおよびF)段階1 6胚の背側図および(GおよびH)段階1 4胚の背側図を表すNomarski顕微鏡写真は、escargot転写物について染色した。 (EおよびG)WT胚におけるesg発現。 矢印はHANCsを示します。 (FおよびH)lb欠損胚では、前頭嚢の先端におけるesg発現は存在しない(*)。 最も遠位の前頭嚢細胞と卵黄嚢(茶色の背景色を表示する)との間の距離は、lb欠損胚でははるかに大きい(GとHの双方向の矢印を比較する)。 (倍率:AおよびB、×3 0 0、C、×3 5 0、D、×6 0 0、EおよびF、×1 0 0、GおよびH、×3 5 0。まとめると、これらのデータは、心臓のすぐ前にあるlb発現細胞が頭部表皮に由来し、前頭嚢の陥入中に心臓先端に向かって移動することを示している。 この観察は、細胞のこのグループの仕様におけるlb遺伝子の役割に関する追加の質問を提起します。 我々は以前、lb遺伝子が心臓および筋肉前駆体(のサブセットの仕様に重要な役割を果たしていることを示している11、19)。 マウスlb ortholog Lbx1遺伝子(21、22)の機能解析はまた、仕様と虫垂筋前駆体の指示された移行の制御にその意味を明らかにしました。 さらに、最新のデータは、マウスのLbx1が正常な心臓発達に必要な心臓神経堤細胞の亜集団を指定していることを示している(23)。

ショウジョウバエlbは、心臓関連細胞の仕様のために必要とされるかどうかをテストするために、我々は両方のlb遺伝子の欠損胚における背袋形成を分析している(材料と方法を参照してください)。 Esg RNAプローブをマーカーとして使用して、本発明者らは、lbdef胚において、心臓関連細胞を有する前頭嚢の遠位部におけるesg発現が存在しないことを実証した(図 2EおよびGをFおよびHとする)。 さらに、第1 4段階の胚の背外側図によって示されるように(図1 4)。 図2GおよびH)に示すように、卵黄嚢と最も遠位のesg陽性細胞との間の距離は、lb欠損胚において有意に拡大される。 この発見は、前頭嚢の後部が形態を変化させたことを明らかにするNomarski光学観察によって支持されている(データは示されていない)、HANCsが指定されていないか、lbdef胚で適切に移動しないことを示した。 分析された欠損は隣接するbapおよびC15遺伝子もカバーするため、bap変異胚およびArm-GAL4における前頭嚢形成を試験した>UAS-Rnaic15 Bap208およびRnaic15胚の両方において、esg染色前嚢は正常な形状であり(データは示さず)、したがって、心臓関連細胞の分化または遊走に対するbapおよびC15遺伝子の影響を除外した。 これらのデータは,lbdefはいにおける遠位esg陽性前頭嚢細胞の異常パターンがlb機能の喪失に起因することを強く示唆している。

心臓流出領域のパターニングに関与する中胚葉および非胚葉成分。

心臓流出領域のパターニングに関与する中胚葉および非胚葉成分。

本発明者らの免疫染色実験は、心臓固定lb陽性細胞がlb発現心臓芽細胞に非常に近いことを示した(図1 0A)。 1). 最も前方のcardioblastsが錫(5)を表現するので、私達は中心の先端および前頭嚢の遠位部分のそれぞれの位置を視覚化するために反錫および反Lbe抗体と胚を二重 驚くべきことに、これら二つの構造は、背側から観察されたときに約三つの細胞長だけ重なり合う(図。 3A)。 また、前方心臓領域の側方共焦点図(Fig. 図3B)は、非髄鞘lb発現細胞からなる前頭嚢の先端が、心臓に直接付着していることを明らかに示す。 より正確には、大動脈の前部(部分的に心臓関連lb細胞と重複する)が腹側に曲がり、心臓流出領域に対応する形態学的に異なる領域を形成することが この形態は、心臓の腹側屈曲を支持する追加の細胞成分がある可能性があることを示唆している。 私たちは、大動脈の先端に取り付けられた腹側に位置する筋肉の存在を探すことにしました。 胚の側面図は、ミオシン重鎖(Myo)およびLbeについて二重染色された(Fig. 図3C)に示すように、心臓流出が実際に頭部筋肉に付着していることを明確に示しており、これをCOMと呼ぶことを提案する。 共焦点切片のより正確な分析により、心臓原基は、実際には、食道から延び、心臓流出領域のいずれかの側に付着する二つの密接に横たわっているCOMsによっ 3D)。 驚くべきことに、これらの胚性頭部筋肉は、我々の知る限り以前には記載されていない。 COMsの公開されたドキュメントの欠如は、ショウジョウバエ胚における体細胞頭筋の形態と起源が体系的に分析されていないためである可能性があ ミラー(24)によって行わ大人の頭の筋肉の唯一の利用可能な説明を使用して、我々はここに提示胚COMsに対応するかもしれない大人の頭の筋肉を識別する

図10に示すように、

3.

心臓流出領域の空間的位置決め。 Lbe(緑色)、Tin(AおよびB)、またはMyo(C−E、GおよびH)(赤色)について二重染色されたw T胚の背側(aおよびD)および側方(B、C、E、GおよびH)の図を示す共焦点顕微鏡 (AおよびB)lb陽性H Ancs(矢頭)は、tin陽性心臓細胞(矢印)と重複する。 段階16(AおよびB)でlbはもはや中心の内で表現されないことに注目して下さい。 (C)COMs(open arrowhead)およびHANCs(arrowhead)に取り付けられたときに、心臓の先端(アスタリスク)が腹側に曲がることを示す、第15期胚の一般的な側面図。 (D)Coms(開矢頭)が心臓先端(矢印)とlb陽性のHancs(矢頭)の両側で重複することを示す背側図。 (E)Hancs(矢頭)は、lbを発現する第2の心臓芽細胞の対(矢印)に選択的に付着する。 心臓流出(*)は、背側からのHancsおよび後背側からのComsによって包含されることに留意されたい。 (F)心臓先端、Coms、およびHancsの空間的位置決めを示す1 6段階の胚の心臓流出領域のコンピュータ支援3D再構成。 後の段階でlbを発現する第2の対の心臓細胞に最初に付着するHancもまた、最も前方のlb陰性心臓細胞との接触を確立することに留意されたい。 (G)段階1 4では、Coms(開放矢頭)は、陥入lb陽性H Ancs(矢頭)およびlb発現心臓芽細胞(矢印)の両方に向かって、それらの足足を伸ばし、これらは、まだH Ancsと関連していない。 この段階でのCOMsは、心臓融合後よりも薄く、はるかに長い。 (H)ステージ1 5の開始時に、Coms(開放矢頭)は、心臓細胞(矢印)およびHancs(矢頭)に決定的に結合され、この接触は、lb発現心臓細胞へのHancsの結合に先行するようである。 CO、心臓流出;ES、食道;PhM、咽頭筋。 (倍率:AおよびB、×4 0 0、C、×2 5 0、DおよびE、×3 0 0、GおよびH、×3 5 0。興味深いことに、Myo/Lbe二重染色はまた、非髄胚葉性ハンクスが両方の心臓細胞に付着していることを明らかにした(図10)。 およびComs(図3E)を参照されたい。 3D)。 のでHANCsエlb、准教授を選択的に最前lb陽一対の心筋細胞によって行われているのか。 3Eおよび4D-F)、我々は、この接触の確立は、同友性型細胞相互作用を伴う可能性があることを推測する。 同形細胞(25、26)間の細胞間シグナル伝達に関与する細胞接着分子をテストすることは、lb発現HANCsと心臓細胞との間の接続性の確立の基礎となるメカニ

図10に示すように、

4.

心臓流出領域のパターニングにおける心臓lb発現の役割。 (AおよびC)24B-GAL4の背外側ビュー>UAS-GFP(A)およびTin-GAL4>UAS-GFP(C)胚は、これらのエフェクターラインによって駆動される発現のgfp 矢印は心臓流出領域を指す。 Tin−GAL4によってこの領域で駆動される比較的低いGFP発現に注目すべきである。 (B)後期14 24B-GAL4の背外側ビュー>Uas-eve胚は、心臓原基が通常、中胚葉Eveの誤発現の文脈で形成されていることを示すために、EveおよびTinに二重染色 (D–I)胚頭部領域の背側部の側面図を示す共焦点顕微鏡写真。 (D、F、G、およびi)段階1 5の胚。 (EおよびH)段階1 4胚。 D−i)WT(D−F)、(G)ヘテロ接合体2 4B−Gal4<div id=「b0 3b1 4 9c5 8」>Uaslbe、(H)2 4B−GAL4<div id=「b0 3b1 4 9c5 8」>UAS−Eve、および(i)Tin−GAL4<div id=「b0 3b1 4 9c5 8」>Uasev胚をミオシン重鎖およびLBE(D、E、G、およびH)またはβ3−チューブリンおよびLBE(FおよびI)。 (D−F)Wtでは、主なCOM枝(開放矢頭)は、lbを発現する心臓細胞の第2の最も前方の対に付着する。 弱いレベルのミオシン発現を示す分離されたCOM枝(Eの黄色の矢頭)は、HANCs(充填された矢頭)に接触する。 (G)lbeの遍在的な心臓発現を有する胚において、COM(開放矢頭)は、心臓芽細胞の第2の対にではなく、心臓の先端に付着する。 COMは異常な形状を表示し、その二つの枝は検出することは困難です。 COMと心臓の先端との間の異常な接触は、心臓流出領域の腹側屈曲の増加をもたらす。 (HおよびI)心臓lb発現が枯渇した胚(*)では、COM(開いた矢頭)は前方に伸び、HANCs(充填された矢頭)に付着した。 (拡大:A-C、×200;D–I、×350。)

大動脈の先端、COMs、およびlb発現HANCsの空間的配置を視覚化するために、我々は、コンピュータ支援3D解析と共焦点スキャンの再構築を使用しました。 このアプローチは、HANCsに加えて、心臓流出領域が一対のCOMsにしっかりと付着していることを明らかにする我々の観察を完全に確認した(図。 3階)。 これらの筋肉は、両側から心臓の先端に重なり、その腹側の屈曲に寄与する。

開発中に心臓、COMs、およびHANCs間の接触がどのように確立されるかを理解するために、我々は初期および後期14胚におけるこれらの構造を監視した(図。 3GおよびH)。 我々のデータは、lb陽性心臓細胞とlb発現HANCsの両方が拡張COMsを引き付けることを示しています。

COMsとHANCsとの間の接触は、COMの大動脈の先端への付着にわずかに先行するようであり、ステージ14の開始時に見られる(図14)。 3G)。 その時、COMの不栄養症は、lb陽性心臓細胞の方向に伸長する(図1 0A)。 らの細胞に決定的に結合する(図3G)、心臓融合の開始時の後期1 4段階でこれらの細胞に決定的に結合する(図3G)。 3時間)。 COMsは心臓に結合する前に心臓細胞とHANCsと接触するため、COMsは心臓の先端を曲げることに加えて、HANCsとの接触を容易にすると推測しています。 体細胞筋とその表皮付着部位(腱細胞)との接触の確立が広く研究されており(27)、亜鉛指転写因子ストライプ(28)とRNA結合タンパク質How(29)の重要な役割を明 我々は、これらのマーカーの両方を使用して、Comsが腱様細胞の表示特性を添付するHANCsと心臓細胞かどうかをテストしました。 抗Lbe/抗ストライプを有するWT胚および抗Lbe/抗LacZ抗体を有するhow-lacZ胚に対して行われた二重標識は、HANCsおよびCOM接触する心臓細胞が腱細胞マーカーを発現しな この知見は、lb陽性細胞が腱細胞とは異なるメカニズムを用いてCOMsを引き付けることを示している。 COMsを導くための最も興味深い候補は、複数のタンパク質結合モチーフとその受容体RoboとRobo2(30)を有する分泌されたタンパク質スリットである。 SlitとRoboは、体細胞筋の形態形成中の誘引と反発プロセスを制御する重要なコンポーネントとして最近登場しました(31)、彼らはまた、COMの誘引に関与してい

最も前方のlb発現心臓細胞は、心臓流出領域のパターニングにおいて中心的な役割を果たす。 COMsとHANCsの両方が最も前方lb陽性心臓細胞に接続することを選択した観察は、心臓内のlb発現の規制緩和が心臓流出領域のパターニングに影響を与えるかどうかをテストするために私たちを促した。 この試験を実施するために、本発明者らは、Gal4/UAS標的化発現系(1 6)を使用した。 2つの異なるGAL4エフェクターライン、2 4B−GAL4およびTin−GAL4を使用した(図1 0A)。 4AおよびC)。 2 4B−GAL4ラインは、全ての心臓および筋肉細胞における標的化発現を可能にする(図1 0A)。 最も前方の心臓細胞において均一で高レベルの発現を有する(図4a中の矢印)。 4A)。 Tin-GAL4ライン(親切にR.によって提供される Bodmer)は、各半球の4つの心臓芽細胞(これらはlb陽性細胞を含む)において選択的にUAS導入遺伝子発現を誘導するが、最も前方の心臓細胞における誘導レベ 4C)24B-GAL4ラインのそれより。 心臓lb発現を拡大するために、両方のGAL4エフェクターラインは、UAS-lbeラインと交配されています。 Tin−GAL4ラインによって駆動される異所性lb心臓発現は、心臓内の内因性lb発現よりも弱く、心臓流出領域のパターニングにおける明らかな機能獲得誘導 対照的に、24B-GAL4>UAS-lbe胚は、心臓内でのlb発現の顕著な拡大を示した(図。 4G)、中心の先端が付いているCOMsの異常な接触をもたらす。 最も正確には、本発明者らは、Comsが、心臓流出を形成する最も前方の心臓細胞に直接付着することを見出した(図1A中のアスタリスク)。 のように第2の心臓細胞の対にはならない(図4G)。 4D)。 COMsの変更された接続は、おそらくlbの拡大心臓発現によって生成された異所性の魅力的な信号に起因する。 結果として、心臓の最も前部の腹側の屈曲がより顕著であった(図1 6と比較して)。 4DおよびG)。 我々はまた、COMsの形態の変化に気づいた(図中の開いた矢頭)。 これは、lbの2 4B−GAL4駆動異所性筋肉発現から生じる可能性がある。 Hancsと心臓細胞との接触は実験的な誤発現条件によって影響されなかった。 心臓lb発現がCOMsの誘引に必要かどうかを試験するために、我々は、心臓細胞におけるlbを特異的に抑制することができる偶数スキップ(eve)の前述の負の 再び、2 4B−GAL4およびTin−GAL4エフェクターラインを使用して、心臓内でeve発現を駆動した。 本発明者らは、これらのドライバの両方が、uas−eve線(より低い浸透度を有するTin−GAL4)と交差して、心臓内のlb活性の抑制につながることを見出した(図1 0A)。 4HおよびI)。 Misspecification欠陥にもかかわらず、心臓原基は、機能胚のuas-eveゲインで正常に形成されている(ref. 図5および図5。 Lbの心臓発現が枯渇している状況でComsおよびHancsをモニターすることを可能にする。 本発明者らのデータは、そのようなlb枯渇胚において(図1a中の心臓lb発現の不在を参照のこと。) 4HおよびI)COMsは心臓の先端に付着しない。 本発明者らは、Comsが前方に伸長し、陥入するHancsに付着していることを観察した(図1 0A)。 4HおよびI)は、もはや心臓の先端を適切に固定することができない。 心臓流出領域に通常付着する主なCOM枝(図を比較してください。 図4EおよびFは、HおよびI)が存在しないか、またはHANC結合枝と融合していた。 したがって、我々は、COMの異常な形状および心臓の先端との接触の完全な喪失は、心臓lbの枯渇によって引き起こされると考えている。 この仮定は、eveの異所性心臓(Tin−GAL4駆動)および心臓+筋肉(2 4B−gal4駆動)発現を有する胚において同じ表現型が観察されたという事実によって支持さ 4HおよびI)。 COMsの接触および位置の変化は、ミオシン重鎖が心臓芽細胞においてまだ検出可能でない場合に、後期14期の胚に現れた(図10B)。 4EおよびH)。 ステージ1 5の胚の分析は、さらに、心臓lb発現の喪失がβ3−チューブリンの下方調節を伴うことを明らかにした(図1 5と比較して、図1 5と比較して、心臓lb発現 図4FおよびI)心臓流出領域において、心臓内のlb発現が最終的な心臓形態形成に重要な影響を有することを示す。 これらのデータは、各セグメントの心臓芽細胞の後部対で発現し、腹部セグメントA5-A7(32、33)におけるオスティアの形成に必要なCOUP-TF受容体ファミリー この文脈では、心臓流出領域のパターニングにおけるlbの役割のデモンストレーションは、腹部セグメントでlbは、心臓細胞と心臓固定alary筋肉との間の接触を確立する上で同様の役割を果たしている可能性を上昇させる。 この仮説はまだ調査されていません。

また、提示された表現型(図。 4)実験的に心臓内で枯渇したlbの発現は、心臓細胞による魅力的な信号の放出または受信に影響を与え、結果としてCOMsとの接触の破壊につながるこ 同じまたは類似の筋肉誘引物質は、lb陽性H Ancsによって産生されるかまたは受容される可能性があり、従って、lbが細胞−細胞接触に関与する遺伝子の発現を調節することを示唆している。 興味深いことに、マウスlb相同体では、Lbx1遺伝子は、保存された細胞移動メカニズムは、lb遺伝子によって制御されていることが存在する可能性があ

一緒に取られて、心臓lbの発現が拡大または実験的に枯渇した胚の分析を通じて、我々はlbがHANCsとCOMsの正しい添付ファイルのために、その結果、心臓流出領域の適切なパターニングのために必要であることを実証している。 この知見は、ショウジョウバエの心臓の各セグメント内の心臓前駆体の前方–後方多様化の機能的意味への洞察を提供します。HANCsは神経堤細胞のショウジョウバエのプロトタイプを表すことができますか?

脊椎動物の心臓の形態形成は、二つの異なる細胞型、中胚葉心臓原基と頭部領域から移動する神経堤細胞の亜集団を伴います。 この記事では、ショウジョウバエでは、頭部表皮(私たちはHANCsと命名しました)に由来する非芽胞細胞のグループが心臓の最終形態形成に寄与することを示 脊椎動物の神経堤細胞と同様に、HANCsは指向性の動きを受け、心臓細胞と接触して入り、心臓流出領域のパターニングに関与する。 我々は、心臓前駆体(5、11)の多様化に関与することが知られているホメオボックス遺伝子lbがHANCsで発現し、その仕様のために必要とされることを実証し 同様に、lb、Lbx1遺伝子のオルソログは、最近、lb/Lbx1遺伝子が心臓の非胚葉成分の仕様に保存された役割を果たしていることを示す、マウス(23)の心臓神経堤細胞のサブセットの仕様のために必要であることが判明しました。 この見解では、HANCsは実際に脊椎動物の神経堤細胞と比較される可能性がある。 しかし、我々のデータは、HANCsのみショウジョウバエに固有の少なくとも二つの特徴を表示することも示している:(i)彼らは折り畳まれた頭の外胚葉の一部とし したがって、さらなる解析は、HANCsとその潜在的な神経堤細胞様機能の正確な役割を解明するために必要とされている。

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