Клетки преимплантационного эмбриона: потенции и пластичность

или снаружи (вопрос: за счет каких клеточных процессов клетки становятся ТЭ или ВКМ
2 этап: как клетки внутренней клеточной массы разбираются на эпибласт и гипобласт

2- 4 бластомера – клетки одинаковы или нет?

The Principal Forces of Oocyte Polarity Are Evolutionary Conserved but May Not Affect the Contribution of the First Two Blastomeres to the Blastocyst Development in Mammals.
Hosseini SM1, Moulavi F1, Tanhaie-Vash N1, Asgari V1, Ghanaei HR1, Abedi-Dorche M1, Jafarzadeh N2, Gourabi H3, Shahverdi AH4, Dizaj AV5, Shirazi A6,7, Nasr-Esfahani MH1.

Попытки найти различия между бластомерами на 2 клеточной стадии не прекращаются:

Бластомеры 2кл. и 4 кл. эмбриона выглядят одинаково;
Если они не одинаковы, то эта асимметрия должна закладываться еще в оогенезе;
На анимальной полюс ооцита (где веретено) и протиположенный полюс отличаются морфологически (есть веретено-нет веретена);
Если есть морфологические, то должны быть и молекулярные отличия.

Ооцит овцы

и раннего эмбриона овцы показали, что в цитоплазма (и в бластомерах в цитоплазматических фрагментах) анимальной и вегетативной позициях имеют отличия по количественному содержанию важных для развития РНК.

Hosseini et al., 2016

классическая схема с формированием адгезионных контактов!

Основной вопрос:
как круглые клетки становятся плоскими?

мало для формирования внутренней среды
На обеих этих стадиях наружные клетки могут делиться давая как пару наружных потомков, так и пару наружный-внутренний
Клетки “слишком круглые” – для формирования адгезивных контактов есть только точечные зоны контактов почти сферических бластомеров

Capco, 2000

Plusa et al., 2005

Гипотеза «Внутри-снаружи»

al., Cadherin-dependent filopodia control preimplantation
embryo compaction. Nature Cell Biol. 2013 Dec;15(12):1424-33

Эмбрионы
мыши

Формируются филоподии

Time-lapse microscopy

Мутации в этом гене или в других генах каскада приводят к разрастанию ткани и увеличению размера органа (Hippo – hippopotamus);
Активный каскад Hippo приводит в фосфорилированию белка YAP1 – в результате он уходит из ядра и деградирует. Разрушается комплекс YAP/TEAD и блокируется экспрессия ряда генов.

Как информация о положении бластомера транслируется в различные
транскрипционные программы у внешних и внутренних клеток морулы?

Сигнальный путь протеин-киназы Hippo

норма

cверхэкспрессия YAP

Размер печени мыши:

клеток ТЭ

Oct4, Sox2 – ранние маркеры клеток ВКМ

– вторичное событие по отношению к установлению позиций бластомеров в эмбрионе

цитоплазматические тирозин-киназы
Фокальные контакты → сигналиг через FAK
Внутренние клетки занимают привилегированную позицию для получений сигналов из внутренней среды
Базальная мембрана или некий её аналог?

Эксперименты на трансгенных животных:
Оверэкспрессия Nf2 неспособна изменить локализацию Yap в трофэктодерме.
Нокдаун Lats1/2 проводит к эктопической экспрессии Cdx2 в ВКМ, но экспрессия Oct4 и Nanog сохраняется.

различаются по положению, в результате они приобретают молекулярные и морфоло-гические различия;
Те клетки, которые контактируют с полостью бластоцисты, быстро приобретают апикально-базальную полярность и становятся гипобластом;
Клетки, которые не контактируют с полостью не поляризуются и становятся клетками эпибласта. Они дольше сохраняют недифференцированный статус (ЭСК происходят именно из таких клеток).

(гипобласта) мигрируют к полости бластоцисты; клетки которые ошиблись и не сумели занять правильную позицию уходят в апоптоз
2012: в ранней бластоцисте, EPI-предшественники и PrE-предшественники могут менять свою судьбу, если в них активировать экспрессию специфических (для альтернативной судьбы) маркеров
2015: очень редко предшественники PrE превращаются в EPI, но обратное событие не наблюдается.

По Nakai-Futatsugi, Niwa, 2015

Второй этап выбора судьбы (для внутренних клеток):
разделение на эпибласт и гипобласт

окончательным ?

Paepe C.D. et al., Human trophectoderm cells are not yet committed.
Human Reproduction, Vol.28, No.3 pp. 740–749, 2013

WGA

NANOG, HLA-G

PKH67

и начинали экспрессировать NANOG:

То есть при реконструкции эмбриона клетки ТЭ бластоцисты превращались в ВКМ

Paepe et al., 2013

внеклеточного матрикса:
Laminin511(Lama5, Lamb1, Lamc1)
Фибронектин

Предпосылки для приобретения отличительных черт эпибласта бластоцисты

время их наступления?

Эмбрион разрезали на две половинки по эмбриональной – абэмбриональной оси (таких экспериментальных работ было много в 80-е годы – так пытались получать монозиготных близнецов))
Эмбрионы восстанавливали поврежденные структуры, но оказывались значительно меньше размером.
Последующие события у таких эмбрионов происходили в те же сроки, что у интактных.
Но часть “половинных “эмбрионов погибала, так как у них было мало клеток эпибласта

Le Douarin and McLaren, 1984: “внутренние часы” эмбриона контролируют время наступления стадий

плюрипотентности

4-е 5-е
клеточные деления

Возможно, состояние “наивной”
плюрипотентности (характерное для клеток эпибласта) необходимо для спецификации эпибласта.

2 этапа:
1 этап: внутри или снаружи (вопрос: за счет каких клеточных процессов клетки становятся ТЭ или ВКМ)
2 этап: как клетки внутренней клеточной массы разбираются на эпибласт и гипобласт

2- 4 бластомера – клетки одинаковы или нет?

трофэктодермы или внутренней клеточной массы?

Гипотеза №1: C самого начала клетки раннего эмбриона не идентичны по своим потенциям. Возможно, эти различия закладываются во время оогенеза или при оплодотворении. Это обычно для других типов животных, почему же у млекопитающих должно быть иначе?
Гипотеза №2: Все клетки раннего эмбриона до начала компактизации одинаковы. Ведь клетки эмбрионов млекопитающих в этот период реально тотипотентны!