Developmental Dynamics

Chúng tôi mô tả một loạt các giai đoạn phát triển của phôi cá dưa, Danio (Brachydanio) rerio. Chúng tôi xác định bảy khoảng thời gian rộng lớn của quá trình phôi thai - hợp tử, phân chia, bể phôi, gastrula, phân đoạn, pharyngula và giai đoạn nở. Những phân chia này làm nổi bật phổ biến của các quá trình phát triển chính diễn ra trong 3 ngày đầu sau thụ tinh, và chúng tôi xem xét một số điều đã được biết đến về sự hình thành hình thái và những sự kiện quan trọng khác xảy ra trong từng giai đoạn. Các giai đoạn được chia nhỏ các khoảng thời gian. Các giai đoạn được đặt tên, không được đánh số như trong hầu hết các loạt khác, điều này cho phép linh hoạt và sự phát triển tiếp theo của loạt giai đoạn khi chúng ta tìm hiểu thêm về sự phát triển ở loài này. Các giai đoạn, và tên của chúng, dựa trên các đặc điểm hình thái, thường dễ dàng nhận diện qua việc quan sát phôi sống bằng kính hiển vi giải phẫu. Các mô tả cũng tận dụng hoàn toàn tính trong suốt quang học của phôi sống, cho phép nhìn thấy ngay cả các cấu trúc rất sâu khi phôi được quan sát bằng kính hiển vi quang học và ánh sáng tương phản nhiễu Nomarski. Ảnh chụp vi ảnh và các sơ đồ vẽ bằng camera lucida tạo nên hình ảnh cho các giai đoạn. Các hình ảnh khác đánh dấu sự phát triển của các đặc trưng đặc biệt được sử dụng như các cột mốc hỗ trợ giai đoạn. ©1995 Wiley‐Liss, Inc.

Hiểu biết về các quá trình phát triển đòi hỏi phải hình dung và tham số hóa chính xác các phôi ba chiều. Các phương pháp hình ảnh vi mô cung cấp hình ảnh thể tích được căn chỉnh và hiệu chỉnh tự động, nhưng việc sử dụng hình ảnh CT X-quang cho sinh học phát triển đã bị hạn chế do độ tương phản vốn có thấp của các mô phôi. Ở đây, tôi chứng minh các phương pháp nhuộm đơn giản cho phép hình ảnh mô phôi với độ tương phản cao ở độ phân giải mô học bằng cách sử dụng hệ thống microCT thương mại. Các so sánh định lượng giữa hình ảnh của phôi gà được xử lý với các tác nhân tương phản khác nhau cho thấy ba phương pháp rất đơn giản sử dụng i-ốt vô cơ và axit photphotungstic tạo ra độ tương phản tổng thể và độ tương phản mô phân biệt cho hình ảnh X-quang ít nhất tương đương với độ tương phản thu được từ osmium. Các thuốc nhuộm có thể được sử dụng sau bất kỳ phương pháp cố định thông thường nào và sau khi lưu trữ trong môi trường nước hoặc cồn, và trên nhiều loài khác nhau. Những phương pháp này xác lập hình ảnh microCT như một công cụ hữu ích cho các nghiên cứu phát triển so sánh, phân loại phôi, và mô hình hóa định lượng sự phát triển. Phát triển Động lực học 238:632–640, 2009. © 2009 Wiley‐Liss, Inc.

Có khả năng nhắm mục tiêu xóa gen đến một khoang tế bào cụ thể thông qua hệ thống Cre/loxP đã trở thành một công cụ mạnh mẽ trong phân tích các gen được biểu hiện rộng rãi. Ở đây, chúng tôi báo cáo việc tạo ra một dòng chuột biến đổi gen trong đó sự biểu hiện của Cre-recombinase được kiểm soát bởi sự điều chỉnh của promoter VE‐Cadherin. Phân phối tạm thời và hoạt động của enzyme đã được đánh giá với hai dòng Cre báo cáo độc lập. Phân tích mô học được thực hiện trong suốt quá trình phát triển và ở các con trưởng thành. Sự tái tổ hợp của các vị trí lox P với sự biểu hiện tiếp theo của β‐galactosidase hoặc GFP được phát hiện sớm nhất là ở E7.5 trong các tế bào nội mô của túi noãn. Sự nhuộm tiến triển của mạch máu phôi được ghi nhận từ E8.5–13.5; tuy nhiên, sự biểu hiện báo cáo liên tục hơn chỉ được thấy từ E14.5 trở đi trong tất cả các khoang nội mô bao gồm động mạch, tĩnh mạch và mao mạch. Bên cạnh đó, chúng tôi phát hiện hoạt động Cre trong các tế bào nội mô bạch huyết. Khác với các chuột Cre nội mô cụ thể khác, mô hình này cho thấy sự biểu hiện trong mạch máu yên tĩnh ở trưởng thành. Hơn nữa, tính chất tạo thành của promoter VE‐Cadherin ở giai đoạn trưởng thành có thể có lợi cho việc phân tích xóa gen trong các tình huống bệnh lý. Phát triển Động lực học 235:759–767, 2006. © 2006 Wiley‐Liss, Inc.

Yếu tố Tăng trưởng Fibroblast (FGFs) là các polypeptide có hoạt động đa dạng trong sự phát triển và sinh lý. Gia đình Fgf ở động vật có vú có thể được chia thành hai tiểu họ: tiểu họ Fgf11/12/13/14 nội bào (iFGFs) và tiểu họ hormone-giống Fgf15/21/23 (hFGFs), cùng với các tiểu họ điển hình khác của Fgf, bao gồm Fgf1/2/5, Fgf3/4/6, Fgf7/10/22, Fgf8/17/18, và Fgf9/16/20. Tuy nhiên, tất cả các Fgfs đều có mối quan hệ tiến hóa. Chúng tôi đề xuất rằng một gen tương tự như Fgf13 là tổ tiên của tiểu họ iFgf và là tổ tiên tiến hóa có khả năng của toàn bộ gia đình Fgf. Các tổ tiên tiềm năng của các tiểu họ điển hình và hFgf, như Fgf4-, Fgf5-, Fgf8-, Fgf9-, Fgf10-, và Fgf15-giống, có vẻ đã phát triển từ một gen tổ tiên tương tự như Fgf13. Các FGFs điển hình hoạt động theo cách paracrine, trong khi hFGFs hoạt động theo cách nội tiết. Chúng tôi kết luận rằng các Fgfs tổ tiên cho các tiểu họ này đã có được sự đa dạng chức năng này trước khi sự tiến hóa của các loài xương sống. Trong quá trình tiến hóa của các loài xương sống sớm, các tiểu họ Fgf đã mở rộng thêm để chứa ba hoặc bốn thành viên trong mỗi tiểu họ. Động học Phát triển 237:18–27, 2008. © 2007 Wiley-Liss, Inc.

Đánh giá này nhằm giúp người đọc làm quen với các khía cạnh khác nhau của quá trình hình thành mạch máu qua hấp thu (IA). Sự kiện cơ bản trong IA là sự hình thành các trụ mô xuyên mạch. Tùy thuộc vào vị trí, thời gian và tần suất xuất hiện của các trụ, quá trình IA có những kết quả khác nhau. Trong các mao mạch, chức năng chính của IA là mở rộng kích thước và độ phức tạp của giường mao mạch (tăng trưởng vi mạch qua hấp thu). Đây là một phương thức thay thế cho sự nảy mầm mao mạch. Sự hình thành trụ ở dạng sắp xếp có trật tự cao trong một mạng lưới mao mạch đang phát triển dẫn đến sự hình thành các cây mạch máu (thư thủy qua hấp thu). Trong các động mạch và tĩnh mạch nhỏ, việc hình thành các trụ ở các góc phân nhánh của mạch dẫn đến hoặc là việc tái cấu trúc hình học của sự phân nhánh hoặc thậm chí là cắt tỉa mạch máu (tái cấu trúc phân nhánh qua hấp thu). Có vẻ như điều cần thiết cho các nghiên cứu về sự hình thành mạch máu trong tương lai là luôn xem xét cả hai hiện tượng, nảy mầm và hấp thu. Sự tạo mạch cho các mô, cơ quan và khối u phụ thuộc nhiều vào cả hai cơ chế này; việc bỏ qua một trong hai sẽ làm mờ đi sự hiểu biết của chúng ta về quá trình hình thành mạch máu. Chất động học phát triển 231:474–488, 2004. © 2004 Wiley‐Liss, Inc.

Gia đình gen T‐box, mã hóa các yếu tố điều hòa phiên mã liên quan đến DNA, đóng vai trò thiết yếu trong việc kiểm soát nhiều khía cạnh của sự hình thành phôi ở nhiều loài sinh vật khác nhau. Các gen T‐box thể hiện các mô hình biểu hiện không gian và thời gian đa dạng trong phôi đang phát triển, và cả các nghiên cứu di truyền và sinh học phôi học phân tử đều đã chứng minh tầm quan trọng của chúng trong việc điều chỉnh các quyết định về số phận tế bào, thiết lập kế hoạch cơ thể ban đầu và trong các quá trình diễn ra sau đó liên quan đến sự hình thành cơ quan. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu, nhưng vẫn chưa biết nhiều về sự điều chỉnh của các gen T‐box hoặc bản sắc của các mục tiêu phiên mã của chúng. Mục tiêu của bài đánh giá này là xem xét vai trò đa dạng nhưng được bảo tồn của một số gen T‐box trong việc điều chỉnh mô hình sớm ở động vật có dây sống và thảo luận về các cơ chế có thể thông qua đó sự đa dạng chức năng này có thể xuất hiện. Developmental Dynamics 229:201–218, 2004. © 2003 Wiley‐Liss, Inc.

Cá ngựa vằn là một mô hình động vật xuất sắc để nghiên cứu sự phát triển của động vật có xương sống bằng các phương pháp di truyền. Hàng trăm đột biến ảnh hưởng đến các quá trình phát triển khác nhau đã được phân lập thông qua đột biến hóa học và đột biến chèn sử dụng virus giả kiểu. Tuy nhiên, các công cụ và phương pháp transposon hữu ích chưa có sẵn ở cá ngựa vằn. Nguyên nhân chủ yếu là không có yếu tố chuyển vị nào hoạt động được tìm thấy trong bộ gen cá ngựa vằn. Gần đây, các phương pháp chuyển gen hiệu quả, bẫy gene, và bẫy tăng cường đã được phát triển ở cá ngựa vằn bằng cách sử dụng hệ thống Tol2 và Sleeping Beauty. Những phương pháp này đáng lẽ nên tăng cường tính hữu ích của cá ngựa vằn như một mô hình động vật có xương sống và tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu sinh học phát triển, di truyền học, và genomics. Phát triển Động lực học 234:244–254, 2005. © 2005 Wiley‐Liss, Inc.

Trong những năm gần đây, ngày càng rõ ràng rằng sự phát triển chịu sự kiểm soát của di truyền biểu sinh. Di truyền biểu sinh là nghiên cứu về các thay đổi có thể di truyền trong chức năng gen xảy ra độc lập với việc thay đổi trình tự DNA gốc. Các sửa đổi di truyền biểu sinh được nghiên cứu nhiều nhất là methyl hóa DNA và những thay đổi trong cấu trúc nhiễm sắc thể do sửa đổi histone và trao đổi histone. Một chương trình mới đầy hứng thú trong lĩnh vực này là phát hiện rằng các tương tác nhiễm sắc thể xa cũng điều chỉnh sự biểu hiện của gen. Các sửa đổi di truyền biểu sinh là những yếu tố điều chỉnh quan trọng của các sự kiện phát triển, bao gồm bất hoạt X, in dấu gen, hình thành theo các gen Hox và phát triển thần kinh. Tài liệu này tóm tắt những khía cạnh này của di truyền biểu sinh một cách ngắn gọn và bao gồm một cuộc phỏng vấn với hai nhà khoa học về di truyền biểu sinh. Dynamics Phát triển 236:1144–1156, 2007. © 2007 Wiley‐Liss, Inc.

Tái tạo hoàn toàn các mô và cơ quan phức tạp thường bị ngăn cản bởi các phản ứng xơ hóa dẫn đến hình thành sẹo. Cá, kỳ nhông và lươn non là một trong số ít động vật có xương sống có khả năng tái tạo các chi bị mất, và quá trình này dường như tái hiện sự phát triển ontogenetic của cấu trúc trong hầu hết các khía cạnh. Công trình gần đây đã tiết lộ khả năng tái tạo xuất sắc trong một số mô thú mỏ vịt: da phôi hoặc da thai nhi và tai của chuột MRL. Phân tích hai hệ thống này cho thấy rằng các quá trình tăng trưởng và hình thái tái tạo để hình thành các cấu trúc mới như nang lông có thể liên quan đến việc điều chỉnh đáp ứng viêm đối với chấn thương theo cách giảm xơ hóa và hình thành mô sẹo. Chúng tôi xem xét các bằng chứng cho thấy việc điều chỉnh này bao gồm các thay đổi trong tín hiệu cytokine và có thể liên quan đến các đặc tính của ma trận ngoại bào do các yếu tố như axit hyaluronic và các “bề mặt chống dính” như tenascin-C tác động. Các nghiên cứu mới và công trình cổ điển về khả năng tái tạo chi ở động vật lưỡng cư sẽ được xem xét, tập trung vào mất khả năng này ở các chi sau của lươn anuran prometamorphic và quan điểm cho rằng việc thay đổi các đặc tính của hệ miễn dịch cũng có thể là nguyên nhân cho tiềm năng tái tạo suy giảm trong hệ thống này. Cuối cùng, chúng tôi xem xét các công trình gần đây trong miễn dịch học so sánh và phát triển, điều này dấy lên khả năng rằng những thay đổi phát sinh trong khả năng tái tạo có thể là kết quả của những thay đổi tiến hóa trong hoạt động tế bào của hệ miễn dịch. Phát triển động học 226:268–279, 2003.© 2003 Wiley‐Liss, Inc.

Xác định cách thức điều chỉnh sự phát triển của các sợi collagen là rất quan trọng trong việc xác định cách mà các mô được lắp ghép. Các đoạn sợi được lắng đọng như những phân khúc. Sự phát triển của các phân khúc này là một yếu tố quan trọng trong kiến trúc mô, độ ổn định và các thuộc tính cơ học. Các đoạn sợi đã được tách ra từ các gân đang phát triển và được đặc trưng hóa cấu trúc. Các thay đổi sau lắng đọng dẫn đến sự phát triển tuyến tính và bên của các sợi cũng đã được kiểm tra. Các đoạn được chiết xuất từ gân phôi gà 14 ngày có chiều dài trung bình là 29 μm. Các đoạn này không đối xứng, có một đầu thon ngắn và một đầu thon dài. Hầu hết các đoạn đều có tính trung tâm đối với sự sắp xếp phân tử. Các đoạn chiết xuất từ gân 12-16 ngày có cấu trúc giống nhau, nhưng chiều dài đoạn trung bình đã tăng dần do sự bổ sung một quần thể lớn hơn của các đoạn dài hơn. Vào ngày thứ 17 của sự phát triển, có một sự gia tăng đột ngột trong chiều dài đoạn. Dữ liệu hình thái học cho thấy sự gia tăng chiều dài là kết quả của các liên kết bên giữa các đoạn cạnh nhau. Phân tích chứng tỏ rằng sự phát triển của các sợi này liên quan đến sự giảm đáng kể của decorin liên kết với sợi. Sử dụng kính hiển vi điện tử miễn dịch, decorin được thấy giảm đáng kể vào ngày thứ 18 của sự phát triển. Khi nồng độ decorin được xác định sinh hóa, một sự giảm cũng được quan sát. mRNA của decorin cũng giảm so với mRNA của collagen dạng sợi trong cùng thời gian. Những dữ liệu này hỗ trợ giả thuyết rằng sự giảm decorin liên kết với sợi là cần thiết cho sự phát triển của sợi liên quan đến sự trưởng thành của mô. Sự phát triển thông qua sự gộp sau lắng đọng cho phép sự phát triển theo kiểu bổ sung và xen kẽ và sẽ rất cần thiết cho sự phát triển, tăng trưởng và phục hồi bình thường.