Epitelio-mezenchymální transformace ve vývoji Tomáš Bárta tbarta@med.muni.cz Duševní vlastnictví a poskytované studijní materiály Copyright notice ̶ Tato prezentace je autorským dílem vytvořeným zaměstnanci Masarykovy univerzity. ̶ Studenti kurzu/předmětu mají právo pořídit si kopii prezentace pro potřeby vlastního studia. ̶ Jakékoliv další šíření prezentace nebo její části bez svolení Masarykovy univerzity je v rozporu se zákonem. ̶ The presentation is copyrighted work created by employees of Masaryk university. ̶ Students are allowed to make copies for learning purposes only ̶ Any unauthorised reproduction or distribution of the presentation or individual slides is against the law. 2 Differentiation potential Differentiation potential Ectoderm Mesoderm Endoderm Diferenciační potenciál v embryu Diferenciační potenciál v embryu •Early transplants result in cell fate detemined by host position while late transplants result in fate determined by donor position. •Thus between early and late gastrula cell fate is DETERMINED. Diferenciační potenciál v embryu BUT! The dorsal lip region of the late blastula/early gastrula has unique properties. •The transplantion of this tissue induced the surrounding host tissue to form a new embryonic axis. •The dorsal lip of the blastopore is the only self differentiating region in the early gastrula because when transplanted it can initiate gastrulation and affect the surrounding host tissue. Epitelio-mezenchymální transformace ve vývoji Tomáš Bárta tbarta@med.muni.cz Obsah * Epitelio-mezenchymální a mezenchymálně-epiteliání transformace - obecně * Mechanismy * Epitelio-mezenchymální a mezenchymálně-epiteliání transformace - ve vývoji * BONUS: Úloha epitelio-mezenchymální transformace v metastázi Návaznost na předchozí přednášku. Jsou buňky udržovány v permanentně diferencovaném stavu? NE! Buňky v terminálně diferencovaném epitelu skutečně mohou změnit svůj fenotyp aktivací programu EMT (epitelio-mezenchymální transformace), který umožňuje transdiferenciaci, což vede k převodu epiteliální buňky na mezenchymální deriváty během vývoje a dospělosti. Původní koncept, že terminálně diferencované buňky jen plní svou funkci a jsou „statické“ už neplatí •Série událostí, kdy jsou epiteliální buňky transformovány do mezenchymálních buněk. •Série událostí, kdy jsou mesenchymální buňky transformovány do epiteliálních buněk. Epitelio-mezenchymální transformace Mezenchymálně-epitheliální transformace EMT EMT vs MET MET •Z polarizované stacionární epiteliální buňky, která svou bazální částí interaguje s basální laminou, se stane mesenchymální buňka s vysokým migračním potenciálem, která dokáže pronikat do tkání. •V průběhu embryogeneze proces odpovědný za tvorbu nových orgánů Obsah obrázku jídlo, závěs, štětec Popis byl vytvořen automaticky Bazální lamina Apikální Bazální Obsah obrázku jídlo, závěs, štětec Popis byl vytvořen automaticky EMT MET •Polygonální/sloupovitý tvar buněk •Apiko-basolaterární polarizace •Silná interakce buňka-buňka •Limitován migrační potenciál •Markery (exprimované geny): •E-cadherin, Cytokeratiny, Occludin, Claudin •Vřetenovitý tvar buněk •Anterior-posterior polarizace •Fokální interakce buňka-buňka •Silný migrační potenciál •Markery (exprimované geny): •N-cadherin, Vimentin, Fibronectin Epiteliální buňky typicky vykonávají nějakou tkáňově-specifickou funkci, zatímco mezenchymální buňky hrají spíše podpůrnou úlohu. EMT MET EMT vs MET - závěr •Umět popsat EMT a MET •Znát rozdíly mezi EMT a MET EMT vs MET – otázky? EMT - mechanismus Neexistuje žádný „master regulátor“ EMT ani MET! EMT - mechanismus •Snížení exprese Cadherinů •Reorganizace cytoskeletárního aktinu •Sekrece enzymů, které narušují a degradují basální laminu (metaloproteinázy) •Buněčná proliferace EMT - mechanismus Pamatujte si 5 hlavních drah EMT - mechanismus Kde/kdy se EMT může odehrávat: EMT v •Embryonálním vývoji •Rakovině (resp. metastázích) •Zánětu a fibróze • EMT – v embryonálním vývoji •Implantace embrya •Embryogeneze •Vývoj orgánů •Regenerace a homeostáza •Během vývoje jsou některé buňky epitelu „plastické“ – jsou schopny přecházet epitel <–> mezenchym prostřednictvím procesů EMT a MET • EMT – ve vývoji Klíčová úloha EMT ve vývoji – bez ní by nebyl vývoj vůbec možný. •Implantace embrya •Gastrulace a tvorba mesodermu •Formování neurální lišty •Formování obratlů ze somitů Uvedeme si 4 Příklady: EMT – ve vývoji Klíčová úloha EMT ve vývoji – bez ní by nebyl vývoj vůbec možný. •Implantace embrya •Gastrulace a tvorba mesodermu •Formování neurální lišty •Formování obratlů ze somitů Uvedeme si 4 Příklady: EMT – implantace embrya EMT – ve vývoji Klíčová úloha EMT ve vývoji – bez ní by nebyl vývoj vůbec možný. •Implantace embrya •Gastrulace a tvorba mesodermu •Formování neurální lišty •Formování obratlů ze somitů Uvedeme si 4 Příklady: EMT – ve vývoji gastrulace Gastrulace: •Proces kdy dochází k přeměně blastuly (resp. blastocysty) na gastrulu •Před gastrulací je embryo tvořeno jen jednou vrstvou epiteliálních buněk. •Vrstvy gastruly se transformují na zárodečné listy ekto-,endo- a mezoderm -> nutná EMT •U strunatců poté následuje neurulace •Před gastrulací je embryo závislé jen na maternální mRNA, poté už si dokáže syntetizovat svou vlastní mRNA Obsah obrázku semafor Popis byl vytvořen automaticky EMT – ve vývoji gastrulace Obecně existuje asi pět základních mechanismů, díky nimž dochází ke gastrulaci: •invaginace – vchlipování určité skupiny buněk, podobně jako se promačkává propíchnutý míč (Tunicata) •involuce – zavinutí vnější vrstvy buněk tak, že zcela překryje vnitřní povrch této vrstvy buněk •ingrese – migrace jednotlivých buněk z povrchové do hlubší vrstvy •delaminace – rozdělení jedné vrstvy buněk do dvou víceméně paralelních •epibolie – vnější epiteliální vrstva zvnějšku přeroste a překryje budoucí entoderm Obsah obrázku text, interiér Popis byl vytvořen automaticky EMT – ve vývoji gastrulace EMT – gastrulace EMT – gastrulace EMT – gastrulace Řízeno kanonickým Wnt – Wnt3, TGF-β (Nodal, Vg1) a FGF Momose, Development EMT – gastrulace FGF Ciruna, 2001 Netvoří se mesoderm – selháni EMT (akumulace E-cad+ buněk) EMT – ve vývoji Klíčová úloha EMT ve vývoji – bez ní by nebyl vývoj vůbec možný. •Implantace embrya •Gastrulace a tvorba mesodermu •Formování neurální lišty •Formování obratlů ze somitů Uvedeme si 4 Příklady: •EMT – Formování neurální lišty •„Čtvrtá zárodečná vrstva“ - “the only interesting thing about vertebrates is the neural crest” (Thorogood 1989) •Ektodermální původ •Transientní – není u dospělce •Vzniká z neurální trubice prostřednictvím EMT a buňky migrují podél anterior-posteriorní osy a diferencují (změna prostředí A-P osy vede ke tvorbě rozdílných buněčných typů) Co je to neurální lišta? •EMT – Formování neurální lišty •EMT – Formování neurální lišty •EMT – Formování neurální lišty Buňky neurální lišty ztrácejí adhezivní spoje a oddělují se od epitelu – tento proces se nazývá delaminace •EMT – Formování neurální lišty •EMT – Formování neurální lišty EMT – ve vývoji Klíčová úloha EMT ve vývoji – bez ní by nebyl vývoj vůbec možný. •Implantace embrya •Gastrulace a tvorba mesodermu •Formování neurální lišty •Formování obratlů ze somitů Uvedeme si 4 Příklady: EMT – formování obratlů ze somitů Somity jsou epiteliální bloky (klastry) buněk, které jsou umístěny v blízkosti neurální trubice. •Článkování těla - obratle Somity a segmentace těla „How can a tissue be developmentally cut up into precisely sized segments? How can snakes have some 300 segments while humans have only about 35?“ – Gilbert and Barresi EMT – formování obratlů ze somitů MET – ve vývoji – vznik somitů •Architekturu somitů tvoří epiteliální bloky, ale pre-somitický mezoderm je tvořen mesenchymálními buňkami •Proto se musí mezenchymální buňky transformovat do epiteliálních buněk => MET Mesp (Mesodermal posterior) MET – ve vývoji – vznik somitů MET – ve vývoji – vznik somitů Link na předchozí předášku: Pamatujete si blastoidy? Liu, 2021, Nature Tak jsou i gastruloidy! Van der Brink, 2021 Stainings and time-lapse imaging of somite formation in gastruloids Van der Brink, Nature 2020 Příklad MET – Vývoj nefronu •Buňky mezenchymu mohou diferencovat v progenitorové buňky nefronu. •Odpovídají na Wnt9b and Wnt6 produkovaný z „ureterického pupenu. •Wnt9b and 6 jsou klíčové pro transformaci metanefrického mesenchymu v tubulární epitel. •Mesenchym má receptory pro tyto Wnt, což vede k produkci Wnt4, která dokončí transformaci. •Bez Wnt4 mesenchym je kondenzován, ale neformuje se epitelium Otázky? EMT – zánět a fibróza BONUS: EMT - rakovina EMT - rakovina BONUS: Embryonální původ adenohypofýzy BONUS: Embryonální původ adenohypofýzy Díky za pozornost Tomáš Bárta tbarta@med.muni.cz