生物学
原腸陥入
原腸形成は、単層胞胚は原腸胚として知られている多層構造に再編されている間のほとんどの動物の胚発生の初期段階です。原腸形成前は、胚は細胞の連続した上皮シートです。原腸形成の終わりまでに、胚は分化を開始して異なる細胞系統を確立し、体の基本軸（例えば背腹、前後）を設定し、将来の腸を含む1つ以上の細胞型を内在化した。
三倍体生物では、原腸胚は三層（「三層」）です。これらの3つの胚葉は外胚葉、中胚葉、内胚葉として知られています。刺胞動物やクテノフォラなどの外胚葉生物では、原腸胚は外胚葉と内胚葉のみを持っています。 2つの層は、低芽細胞および胚盤葉上層とも呼ばれます。
卵割は、卵割と胞胚の形成後に起こります。個々の器官が新しく形成された胚層内で発達するとき、原腸形成の後に器官形成が続きます。各層は、発生中の胚に特定の組織や器官を生じさせます。 外胚葉は、表皮、神経系、および脊椎動物の神経堤を生じさせます。 内胚葉は、消化器系および呼吸器系の上皮、ならびに肝臓や膵臓などの消化器系に関連する器官を生じさせます。 中胚葉は、筋肉、骨、結合組織などの多くの種類の細胞を生じさせます。脊椎動物では、中胚葉誘導体には、脊索、心臓、血管、血管、rib骨と脊椎の軟骨、および真皮が含まれます。原腸形成に続いて、体内の細胞は（上皮のように）つながった細胞のシートに組織化されるか、間葉などの孤立した細胞のメッシュとして組織化されます。
原腸形成の分子機構とタイミングは、生物によって異なります。しかし、三倍体生物全体にわたる原腸形成のいくつかの一般的な特徴には以下が含まれます。（1）単純に接続された表面（球体のような）から単純に接続された表面（トーラスのような）への胚のトポロジー構造の変化; （2）3つのタイプ（内胚葉、中胚葉、外胚葉）のいずれかに細胞を分化させる。 （3）多くの内胚葉細胞の消化機能。生物内の他の何かの活性化または阻害を示すシグナルを指すシグナル伝達経路は、生物によっても異なります。
この分野の先駆的な発達生物学者であるルイス・ウォルパートは、「それは出生、結婚、死ではなく、あなたの人生で本当に最も重要な時期である原腸形成」であると認められています。
「胃腸」および「胃腸形成」という用語は、1872年の作品「石灰質スポンジの生物学」でエルンストヘッケルによって造られました。
原腸形成パターンは動物界全体で大きな変動を示しますが、それらは原腸形成中に発生する5つの基本的なタイプの細胞運動によって統合されています：1）陥入2）退縮3）進入4）剥離5）エピボリー。
クラシックモデルシステム
原腸形成は動物界全体で非常に多様ですが、根本的な類似点があります。原腸形成は多くの動物で研究されていますが、一部のモデルは他のモデルよりも長く使用されています。さらに、母親の外で発達する動物の発達を研究するのは簡単です。原腸形成が最も詳細に理解される動物には以下が含まれます。
- 軟体動物
- うに
- カエル
- チキン
原生動物対子宮口
原口と子宮口の違いは、口（ストーマ）が胚盤胞に関連して発達する方向に基づいています。プロトストームは「最初の口」を意味するギリシャ語のプロトストマ（πρώτος+στόμα）に由来します。
子宮口蓋類と原生動物の主要な違いは、胚発生に見られます。
- 口/肛門
- プロトストームの開発では、開発の最初の開口部である芽胞が動物の口になります。
- 子宮口蓋の発達では、胚盤胞が動物の肛門になります。
- le開
- プロトストームには、 確定的であるスパイラル開裂として知られるものがあります。これは、細胞が形成されるときに細胞の運命が決定されることを意味します。
- 子宮口は、 放射状のcleavage開として知られている不定です。
ウニ
ウニEuechinoideaは、19世紀以来発生生物学の重要なモデルシステムでした。彼らの原腸形成は、しばしば無脊椎動物の子宮口の原型と考えられています。
生殖細胞層の決定
ウニは、非常にステレオタイプ化されたcleavage開パターンと細胞運命を示します。母体に沈着したmRNAは、ウニ胚の組織中心を確立します。 Canonical WntおよびDelta-Notchシグナル伝達は、進行性内胚葉および中胚葉を徐々に分離します。
細胞内在化
Euechinoidsでは、内部移行する最初の細胞は一次間葉細胞（PMC）であり、骨格形成の運命があり、胞胚期に侵入します。原腸形成–内胚葉および非骨格形成中胚葉の内在化–直後に陥入および他の細胞が植物極を再編成し、これが最終的な大腸長に約30％寄与します。腸の最終的な長さは、大腸内の細胞の再配置に依存します。
両生類
尾のない両生類（無尾）は原腸形成の古典的なモデルシステムです。
対称性の破れ
精子は、最初の切断を完了するために必要な2つの有糸分裂アスターのうちの1つに寄与します。精子は、動物の卵の半分のどこにでも入ることができますが、その正確な進入点は、細胞骨格を組織化することにより卵の放射状対称性を破ります。最初の卵割の前に、卵の皮質は、皮質回転として知られているプロセスで、微小管の協調作用によって内部細胞質に対して回転します。この変位は、赤道の細胞質および植物皮質からの細胞運命の母体に負荷された決定因子を接触させ、これらの決定因子が一緒になってオーガナイザーをセットアップします。したがって、精子の入り口の反対側の植物側の領域がオーガナイザーになります。HansSpemannの研究室で働いているヒルデ・マンゴールドは、胚のこの特別な「オーガナイザー」が原腸形成を誘発するのに必要かつ十分であることを示しました。
生殖細胞層の決定
内胚葉の特定は、母体に寄託された決定因子の再編成に依存し、ベータカテニンの核形成につながる。中胚葉は、推定内胚葉から外胚葉になる細胞へのシグナル伝達によって誘導されます。
細胞内在化
胚盤胞の背唇は、原腸形成の機械的ドライバーです。このカエルの原腸形成のビデオで見られる陥入の最初の兆候は、背唇です。
細胞シグナリング
カエルのアフリカツメガエルでは、シグナルの1つがレチノイン酸（RA）です。この生物のRAシグナル伝達は内胚葉の形成に影響を与える可能性があり、シグナル伝達のタイミングに応じて、膵臓、腸、または呼吸器のいずれであるかを決定できます。 WntやBMPなどの他のシグナルも、細胞系統トレーサーを活性化することにより、 アフリカツメガエルの呼吸運命に関与しています。
羊膜
概要
羊膜（爬虫類、鳥類、哺乳類）では、原腸形成には胚盤孔の形成が含まれます。胞胚孔は、胞胚腔内の空間である胞胚腔への開口部ではなく、胞胚の既存の表面を一緒に押す新しいポケットを表すことに注意してください。羊膜では、原腸形成は次の順序で発生します。（1）胚は非対称になります。 （2）原始線条形; （3）原始線条でのエピブラストからの細胞は、上皮から間葉への移行と原始線条での進入を経て、生殖層を形成します。
対称性の破れ
原腸形成の準備において、胚は近位-遠位軸と前後軸の両方に沿って非対称にならなければなりません。近位-遠位軸は、胚の細胞が「卵シリンダー」を形成するときに形成されます。「卵シリンダー」は、近位端で胎盤のような構造を生じ、遠位端で胚盤葉上層のような構造を生じます。 BMP、FGF、nodal、Wntなど、多くのシグナル伝達経路がこの再編成に貢献しています。内胚葉内胚葉が上胚葉を取り囲んでいます。遠位内臓内胚葉（DVE）は胚の前部に移動し、「前部内臓内胚葉」（AVE）を形成します。これは前後の対称性を壊し、結節のシグナル伝達によって調節されます。
生殖細胞層の決定
原始線条は原腸形成の開始時に形成され、胚の後方側の胚外組織と胚盤葉上層と進入部位との間の接合部に見られます。原始線条の形成は、原始線条と胚外組織からのBMP4シグナル伝達に寄与する細胞内のコラー鎌における結節シグナル伝達に依存しています。さらに、Cer1とLefty1は、ノードシグナル伝達に拮抗することにより、原始線条を適切な位置に制限します。原始線条として定義される領域は、遠位端に向かって成長し続けます。
開発の初期段階では、原始線条は、左右対称を確立し、原腸形成の部位を決定し、胚芽層の形成を開始する構造です。ストリークを形成するために、爬虫類、鳥類、および哺乳類は、将来の正中線に沿って間葉細胞を配置し、最初の胚軸を確立するとともに、原腸形成および胚層形成の過程で細胞が侵入および移動する場所を確立します。原始線条はこの正中線を通り、前後の体軸を作成し、胚の最初の対称性を破るイベントになり、原腸形成の始まりを示します。このプロセスには、中胚葉および内胚葉の前駆細胞の侵入と、それらが3つの胚葉に分化する最終位置への移動が含まれます。細胞接着とシグナル伝達分子のベータカテニンの局在化は、原腸形成の開始に関与するオーガナイザー領域の適切な形成に重要です。
細胞内在化
細胞が上皮芽細胞の上皮から原始線条を介して移動して新しい層を形成するためには、細胞は上皮間葉転換（EMT）を受けて、細胞間接着などの上皮特性を失う必要があります。 FGFシグナル伝達は、適切なEMTに必要です。 FGFR1はSNAI1のアップレギュレーションに必要です。SNAI1はE-カドヘリンをダウンレギュレートし、細胞接着の喪失を引き起こします。 EMTに続いて、セルはプリミティブストリークを通過して広がり、セルの新しいレイヤーを形成するか、既存のレイヤーを結合します。 FGF8は、原始線条からのこの分散のプロセスに関係しています。
細胞シグナリング
FGF、RA、Wntなどの3つの胚葉の決定と形成に役割を果たす特定のシグナルがあります。マウスなどの哺乳類では、RAシグナル伝達が肺の形成に関与します。十分なRAがない場合、肺の生産にエラーがあります。 RAはまた、このマウスモデルで呼吸能力を調節します。
原腸形成を促進する細胞シグナル伝達
原腸形成中、細胞は外胚葉または中内胚葉に分化し、その後、中胚葉と内胚葉に分離します。内胚葉と中胚葉は、結節性シグナル伝達により形成されます。節点シグナル伝達は、TGFβファミリーの一部であるリガンドを使用します。これらのリガンドは、膜貫通セリン/スレオニンキナーゼ受容体にシグナルを送り、Smad2とSmad3をリン酸化します。その後、このタンパク質はSmad4に付着し、中内胚葉遺伝子の転写が開始される核に移動します。 β-カテニンと一緒にWnt経路は、ノードのシグナル伝達と内胚葉の形成に重要な役割を果たしています。線維芽細胞成長因子（FGF）、正準Wnt経路、骨形成タンパク質（BMP）、およびレチノイン酸（RA）はすべて内胚葉の形成と発達に重要です。 FGFは、初期の解剖学的発達を調節するホメオボックス遺伝子の生成に重要です。 BMPシグナル伝達は肝臓で役割を果たし、肝臓の運命を促進します。 RAシグナル伝達は、Hoxb1やHoxa5などのホメオボックス遺伝子も誘導します。マウスでは、RAシグナル伝達が欠如していると、マウスは肺を発達しません。 RAシグナル伝達は、咽頭弓、前腸、および後腸の器官形成にも複数の用途があります。
in vitroでの原腸形成
通常、胚性幹細胞（ESC）を使用するか誘導される2Dおよび3D細胞（胚性オルガノイド）培養技術の使用を通じて、 in vitro技術を用いて胚の研究と並行して補完する原腸形成のプロセスを理解する試みがいくつかありました多能性幹細胞（iPSC）。これらには、組織培養ベースのプロトコルを使用する際の多くの明確な利点があります。その中には、関連する生体内作業のコストを削減することも含まれます（これにより、実験での動物の使用を削減、交換、改良します; 3R）。アゴニスト/アンタゴニストを空間的および時間的に特定の方法で適用します。ただし、コンテキストでの培養での観察を胚で発生するプロセスに関連付けることが重要です。
これを説明するために、マウスESCの誘導分化により、原始線条を横断するエピブラスト細胞の特性の多くを示す原始線条様細胞が生成されました（例えば、一時的なブラキウリアップレギュレーションおよび上皮から間葉への細胞変化）移行）、およびBMP4で処理されたマイクロパターンで培養されたヒトESCは、ヒト胚の胚葉の配置に類似した空間分化パターンを生成できます。最後に、3D胚様体およびオルガノイドベースの技術を使用して、マウスESC（胚性オルガノイド、またはガストルロイド）の小さな集合体は、対称性の破れ、遺伝子発現の分極、原腸形成などの初期哺乳類胚発生の多くのプロセスを示すことができますのような動き、軸方向の伸長、3つの胚軸すべて（前後軸、背腹軸、左右軸）の生成。
