Pembentukan Axis dan Induksi Mesoderm

 Pembentukan Axis  dan Induksi Mesoderm

9.1       sumbu tubuh dan bidang                             197

9.2       generasi axis rhizoid-talus di fucus             199

9.3       penentuan sumbu hewan di amfibi             201

            sumbu hewan-tumbuhan berasal dengan

transportasi berorientasi selama oogenesis     202

polaritas-hewan tumbuhan menentukan

urutan spasial dari lapisan kuman                   202

blastomer nabati mendorong  hewan

dari mesoderm                                                203

9.4       prinsip induksi                                                          205

9.5       penentuan sumbu dorsoventral di amfibia 205

            sitoplasma dalam mengalami gerakan

rutin selama aktivasi telur                               206

sitoplasma dalam mengalami gerakan

rutin selama aktivasi telur                               206

mikrotubulus memindahkan komponen        

sitoplasma punggung luar perpindahan kortikal         209

kegiatan dorsalizing bergerak dari kutub

vegetal ke sisi dorsaling selama rotasi kortikal          209

dorsal tumbuhan dan garis tengah blastomer

penyelamatan ventralized                               211

9.6       Pengaruh polaritas dorsoventral pada

induksi mesoderm di xenopus                                 213

mesoderm yang digunakan dengan pola

dorsoventral dasar                                           213

punggung sel marginal menginduksi

 berbagai dasar organ mesodermal                  214

9.7       mekanisme molekuler pembentukan sumbu

dorsoventral dan induksi mesoderm                       216

            β-catenin dapat menentukan polaritas

dorsoventral                                                    217

beberapa faktor pertumbuhan aktivitas

mesoderm-inducing                                        218

Anggota TGF-β dan β-catenin dapat bergerak           219

9.8       penentuan asimetri kiri-kanan                                219

Pembentukan Axis Dan Induksi Mesoderm

Sebagian besar hewan memiliki tiga sumbu tubuh yang berorientasi pada satu sudut kanan satu sama lain: anteroposterior, dorsoventral, dan kiri-kanan. Beberapa hewan, dan kebanyakan tanaman, hanya memiliki satu sumbu. Untuk bulu babi dewasa hanya memiliki sumbu oral-aboral, yang menghubungkan tiang oral (mulut) dengan tiang aboral (dekat anus). Umumnya, sebuah sumbu defned oleh dua kutub yang berlawanan, seperti ujung mengeras dan ujung berlekuk panah. Namun, tidak seperti panah yang poros antara ujung dan akhirnya agak monoton , tipe sumbu dalam organisme memiliki berbagai struktur berbaris dari kutub ke kutub dalam urutan tertentu . Misalnya, unsur-unsur tulang sepanjang sumbu anteroposterior mamalia termasuk tengkorak , leher , korset bahu dengan lengan depan , vertebrata torakalis dengan tulang rusuk , dan sebagainya , dalam rangka ini .

Bagaimana kapak ditentukan selama pembangunan? Dalam kebanyakan kasus, hal ini berguna untuk memecah pertanyaan ini menjadi dua. Pertama, bagaimana kutub sumbu, seperti anterior dan posterior kutub, ditentukan? Kedua, bagaimana orderly array atau pola-struktur sepanjang specifield sumbu , misalnya, tulang rusuk dada akan mengikuti di belakang korset bahu dan sebaliknya?

Beberapa cara specifying sumbu embrio telah berevolusi (Goldstein dan Freeman, 1997). Sebuah cara yang umum untuk menentukan satu kutub dari sumbu embrio adalah dengan determinan sitoplasma yang telah kita klasifikasikan dalam Bagian 8.9 sebagai wilayah khusus sebagai lawan-garis keturunan tertentu. Sebagai contoh penentu tersebut dalam oosit Drosophila, kami telah memperkenalkan mRNA bicoid yang diterjemahkan menjadi protein dengan gradien konsentrasi yang menentukan urutan yang tepat dari elemen tubuh sepanjang sumbu anteroposterior.

Untuk sumbu embrio lainnya , kutub ditentukan oleh isyarat SCH eksternal sebagai titik masuk sperma , grafity , atau cahaya insiden . Dalam amfibi , misalnya , masuknya sperma memicu pergerakan sitoplasma  telur denan sisi sperma masuk menuju sisi ventral embrio . Dengan interferensi ini penyusunan ulang sitoplasma atau kaskade sinyal selanjutnya dapat menyebabkan hilangnya atau duplikasi sumbu ventral dorso (gambar 9.1 ) . Elaborasi pola tubuh dorsoventral melibatkan serangkaian interaksi induktif dimana sel-sel mempengaruhi perkembangan tetangga mereka . Interaksi ini meningkatkan kompleksitas pola tubuh berkembang. Dari sumbu sederhana dengan dua kutub , interaksi seluler dikenal sebagai induksi embrio yang menghasilkan pola yang kompleks dengan beberapa elemen dalam urutan yang berbeda.

Dalam bab ini , kita akan mengeksplorasi pembentukan sumbu terutama dalam dua organisme :alga coklat dari genus Fucus dan katak Xenopus laevis . Fucus hanya memiliki satu sumbu kutub , yang disebabkan oleh faktor lingkungan cahaya dan lainnya . Pada Xenopus , ada sumbu tubuh  ( anteroposterior , dorsoventral , dan kiri - kanan) dengan cara-cara yang berbeda . Diskusi kita akan fokus pada sumbu dorsoventral , yang berasal dari penyusunan ulang sitoplasma yang dipicu oleh masuknya sperma . Pembentukan lebih lanjut dari sumbu dorsoventral terkait dengan pengembangan lapisan menengah, mesoderm , yang muncul dari interaksi antara induktif hewan dan tumbuhan blastomer .

Karena induksi memainkan peran penting dalam menstabilkan dan mengelaborasi sumbu tubuh embrio , prinsip induksi akan diperkenalkan dalam bab ini bersama dengan kriteria peneliti yang membuktikan terjadinya interaksi induktif antara sel-sel . Menjelang akhir bab ini , kami akan menjelaskan mekanisme molekul dengan induksi mesoderm dan pembentukan sumbu dorsoventral yang dapat bertindak bersama-sama dalam membangun organizer Spemann itu .

9.1 Body axes and planes

Kebanyakan metazoa telah dibagi menjadi tiga sumbu tubuh : sebuah sumbu anteroposterior (Lat. Ante " sebelum "; pos, " setelah " )  , sumbu dorsoventral ( lat. dorso , " kembali "; venter , " perut " ) , dan asimetri kiri - kanan  ( gbr. 9.2a ) . Nomenklatur ini bekerja dengan baik untuk sebagian metazoa , yang tiang anteriornya datang pertama dalam gerak maju normal pada saat yang sama dengan ujung kepala . Pada manusia , karena bipedalisme mereka itu adalah sisi ventral, jadi ujung kepala yang datang pertama dalam gerak normal. Oleh karena itu istilah medis menggunakan superior - inferior ( atas-ke bawah ) atau craniocaudal ( head-to - tail ) sebagai pengganti anteroposterior . Sumbu tambahan pada manusia dan bukan manusia sebagian besar untuk menunjuk bagian-bagian anggota tubuh disebut sumbu proximodistal . Proksimal ( lat. Proximus , " selanjutnya , " paling dekat " ) menggambarkan porsi dekat dengan titik lampiran ke pusat tubuh , atau titik lain dari referensi . Distal ( lat.distare , " berdiri terpisah " ) mengacu pada bagian yang jauh ( distand ) dari titik acuan . Misalnya , siku proksimal pergelangan dan distal ke bahu . Kami juga menjelaskan pandangan tubuh yang berkaitan dengan kutub sumbu . Misalnya , pandangan dorsal adalah pandangan dari tiang dorsal , dan aspek lateral adalah pandangan dari sisi kanan atau kiri .

Gambar 9.2

Bagian tubuh diberi nama sesuai dengan bidang tertentu (gambar 9.2b, c). Median (atau midsagittal) membagi sisi kiri dan kanan tubuh dan merupakan bidang simetri untuk sebagian organ. Sebuah paramedian (atau sagital) setiap pesawat sejajar dengan bidang median tetapi bergeser ke sisi kiri atau kanan. Median pesawat dan pesawat paramedian tegak lurus dengan sumbu kiri-kanan. Setiap bidang yang tegak lurus terhadap sumbu anteroposterior adalah pesawat melintang, atau bahasa sehari-hari penampang. Setiap bidang yang tegak lurus terhadap sumbu dorsoventral adalah bidang koronal, juga dikenal sebagai bidang frontal dalam anatomi manusia.

9.2 Generasi sumbu rihzoid - thalllus di fucus

Genus Fucus terdiri dari ganggang cokelat besar yang sering terlihat di zona intertidal di Amerika Utara dan Eropa . Ganggang ini merupakan subyek favorit untuk studi perkembangan, karena organisasi mereka relatif sederhana ( fg. 9.3 . ) . Mereka juga mudah untuk di jaga dan dimanipulasi di laboratorium . Dalam partcular , sebagian besar zigot dapat diobati sehingga mereka berkembang selaras dengan kapak polarty, mereka berorientasi dengan cara yang sama.

Telur dari Fucus adalah sel bulat sempurna tanpa polaritas yang jelas . Setelah fertilisasi , telur membentuk membran ferttilisasi , yang kemudian dimodifikasi menjadi dinding sel seperti yang umumnya mengelilingi sel-sel tanaman . Sekitar 12 jam setelah pembuahan ( di 15^o c ) , zigot menonjol di satu kutub dan membentuk seperti buah pir dalam proses yang disebut perkecambahan ( fig.9.4 ) . Sekitar satu hari setelah pembuahan , pertama kalinya zigot mengalami pembelahan , memisahkan sel runcing kecil yang meliputi tonjolan perkecambahan dari sel bulat besar . Tonjolan kecil ini  menunjuk kenaikan sel ke rhizoid. Tonjolan besar sel bulat akan membentuk sebagian daun dari tanaman yang disebut talus tersebut . Sumbu yang muncul antara tiang talus dan tiang rhizoid hanya sumbu kutub Fucus. Perkembangan embrio dari banyak tanaman yang lebih tinggi menyerupai Fucus , setidaknya sampai tahap 8 - sel ( lihat bagian 24.1 )

Bagaimana sumbu rhizoid - talus dari Fucus didirikan ? Dalam hal ini tidak ada isyarat berorientasi dari lingkungan , bentuk tiang rhizoid di tempat masuknya sperma : rizoid memasuki sperma entah bagaimana simetri bola telur , dan bias resulitng berlaku sampai tiang rhizoid menjadi banyak beberapa jam kemudian ( hable dan Kropf , 2000). Namun, efek polarisasi sperma mudah ditolak oleh berbagai isyarat lingkungan . Yang baik dengan diselidiki sinyal ini , dan agaknya berorientasi isyarat alam , adalah arah cahaya insiden . Bentuk talus tiang di sisi telur menghadap cahaya , dan bentuk-bentuk tiang rhizoid di sisi berlawanan . Perilaku ini tampaknya sangat adaptif karena memaksimalkan kesempatan untuk ambryo menjadi berlabuh bukannya menyapu darat atau ke laut .

Gambar 9.3

Keterangan: Gambar 9.3 siklus hidup Fucus alga coklat. tanaman dewasa terdiri dari rhizoid, yang menempel pada tanaman pada batu, dan talus besar, yang merupakan organ fotosintesis. Di ujung cabang talus memiliki bukaan yang mengarah ke organ reproduksi yang disebut gametangia, yang menghasilkan telur atau sperma. Pembelahan zigot asimetris, memisahkan sel talus calon dari calon rhizoid.

Dalam kondisi eksperimental , zigot Fucus dapat terpolarisasi oleh cahaya antara 4 sampai 10 jam setelah fertilzation . Selama periode ini , polaritas cahaya -induced tetap labil sebagai polaritas sperma yang disebabkan : cahaya lain dari arah yang berbeda akan menimbulkan polaritas sumbu baru . Namun, antara 10 dan 12 jam pembangunan , sumbu akan tetap, sehingga sinyal yang berorientasi baru tidak bisa lagi mengubahnya .Karena itu distinguisha periode pembentukan sumbu , ketika sumbu talus - rhizoid diatur di cara awal dari periode sumbu fiksasi , ketika itu sumbu yang ireversibel didirikan ( fig.9.4 ).

Gambar  9.4 :

Keterangan : pembentukan sumbu dan fiksasi dalam Fucus. Antara 4 sampai 10jam setelah pembuahan,  zigot muncul seperti bola yang simetris tetapi dapat reversibel terpolarisasi oleh cahaya faktor lingkungan lainnya. Selama pembentukan sumbu, Ca^{2 +} channel menumpuk di dekat kutub rhizoid masa depan, dan zigot menjadi terpolarisasi elektrik. Pada akhir periode pembentukan sumbu, mikrofilamen dan Golgi menurunkan butiran (granula f) menumpuk di dekat kutub rhizoid masa depan. Antara 10 sampai 12 jam, polaritas zigot menjadi tetap sesuai dengan sinyal polarisasi terakhir yang diterima. Sekitar 12 jam, tonjolan muncul di kutub rhizoid masa depan. Sekitar 24 jam, pembelahan sel pertama memisahkan sel prekursor rhizoid dari sel prekursor talus.

Proses pembentukan sumbu Fucus zigot  pertama kali dianalisis oleh Lund (1922), yang mengamati bahwa zigot tumbuh dalam medan listrik berkecambah menuju anoda . Kemudian , LF Jaffe (1966 ) menemukan bahwa dalam ketiadaan medan eksternal, kecambah Fucus zigot polarizes elektrik dengan sendirinya , dengan ujung rhizoid menjadi negatif . Pengamatan serupa dilakukan pada zigot dari genus terkait ganggang , pelvetia . Untuk mengukur tegangan kecil di seluruh Fucus zigot , Jaffe menempatkan sekitar 200 telur yang dibuahi dalam kapiler kaca dan pembentukan sumbu yang disebabkan oleh cahaya bersinar dari satu ujung tabung . Hal ini secara efektif menghubungkan zigot dalam seri talus untuk rhizoid , sehingga potensi listrik kecil di seluruh sel-sel individual ditambahkan ke potensi terukur di seluruh tabung . Tidak ada tegangan dikembangkan sampai 12 jam setelah pembuahan , ketika zigot mulai berkecambah . Namun perkecambahan melanjutkan ada peningkatan paralel dalam tegangan tabung  akhir menuju rhizoid yang terbentuk menjadi semakin negatif . Tidak ada tegangan seperti yang diamati dalam tabung kontrol dengan zigot yang diterangi dari semua sisi dan berkecambah secara acak ke segala arah .

Meansurements tersebut disempurnakan dengan elektroda getar yang dapat mendeteksi arus listrik yang sangat kecil . Dengan menggunakan alat ini , Nuccitelli dan Jaffe ( 1974 ) menemukan arus kecil di lokasi calon rhizoid , ini berarti bahwa baik ion bermuatan positif atau negatif yang memasuki ion bermuatan, meninggalkan zigot di situs calon rhizoid. Arus lemah ini terdeteksi sebelum perkecambahan dan sering selama 5 atau 6 jam setelah pembuahan . Dalam kasus ini , ketika arah cahaya sepihak diubah , arus bergeser ke posisi baru yang prospektif rhizoid ( Nuccitelli , 1978) . Dengan demikian , arus listrik melalui zigot dimulai selama pembentukan sumbu dan berlanjut sampai sumbu fiksasi .

Percobaan lanjutan diarahkan pada pembawa arus. Pengamatan awal menyebutkan bahwa saat ini mungkin akibat dari fluks ion kalsium ( Ca^{2 +} ) yang hadir pada konsentrasi yang jauh lebih tinggi dalam air laut daripada di sel-sel hidup . Percobaan dengan ionofor kalsium , agen yang membuat membran plasma permeabel untuk Ca^{2 +} , menunjukkan bahwa bentuk-bentuk rhizoid dekat dengan lokasi Ca^{2 +} konsentrasi tertinggi di dalam sel . Pengukuran lebih lanjut menunjukkan bahwa Ca^{2 +} memang masuk berkecambah, calon zigot di kutub rhizoid dan daun tempat lain ( Robinson dan Jaffe , 1975) . Sesuai dengan pengamatan ini , probe diketahui Ca^{2 +} adalah channel selectvely label situs perkecambahan dari  6 sampai 8 jam setelah fertilisai ( shaw dan quatrano , 1996) . Pada lokasi ini tampaknya Ca^{2 +} adalah reversibel : Ini dapat diubah - sampai akhir pembentukan sumbu fase - dengan mengubah arah cahaya insiden .

Secara keseluruhan, percobaan Lund dan Jaffe selanjutnya menunjukkan bahwa Fucus dan Pelvetia zigot mendorong arus listrik , kemungkinan besar oleh ion Ca²⁺ , melalui diri mereka sebagai bagian dari proses pembentukan sumbu . Sifat dari pigmen yang berinteraksi dengan cahaya dalam photopolarization , dan peristiwa molekuler berikutnya yang mengarahkan arus listrik melalui zigot dibawah investigasi yang aktif.

Pembentukan Axis dibawah  pengaruh cahaya unilateral tergantung pada mikrofilamen ( Kropf , 1992) . Ketika Cytochalasin B , obat yang dikenal untuk mengganggu pembentukan microfilament ditambahkan ke air laut dengan Fucus atau Pelvetia zigot selama periode pembentukan sumbu , photopolarization dihambat . Jika obat ini kemudian dihapus, rhizoid akan tumbuh ke arah acak. Dalam zigot Pelvetia terpolarisasi oleh cahaya , mikrofilamen di kutub rhizoid masa depan adalah tanda - reversibel awal dan pembentukan sumbu ( Alessa dan Kropf , 1999)

Proses sumbu fiksasi memerlukan partisipasi dari dinding sel ( quatrano dan shaw , 1997) . Protoplas Naked diisolasi dari zigot Fucus akan kemampuan mereka untuk repolarize sebagai respon terhadap cahaya abadi melampaui periode normal pembentukan sumbu sampai mereka mengizinkan untuk membentuk dinding sel lagi ( Kropf et al . , 1988) . Biasanya , zigot membentuk dinding sel dalam beberapa menit setelah pembuahan . Dinding sel Inti  yang tetap radial simetris sepanjang sumbu formasi , terdiri dari alginat , selulosa , dan tiga fucoidans . Salah satu fucoidans adalah F2 yang menjadi sangat sulfat, dalam Golgi diturunkan vescles khusus yang dikenal sebagai F butiran , yang dapat diwarnai secara khusus dengan toluidin biru O. Setelah sulfation F2, butiran F bergerak menuju situs rhizoid masa depan , di mana F2 adalah inscorporated dalam dinding sel ( fig.9.5 ) . Pergerakan F butiran ke situs target yang sudah diidentifikasi oleh Ca^{2 +} tergantung pada microfilament , sugesti bahwa F2 deposisi dapat menjadi langkah dalam sumbu fiksasi yang dicegah dengan Cytochalasin B.

Gambar 9.5

Keterangan : 9.5 Fucus zigot (a) dan embrio (b) diwarnai dengan toluidin biru O untuk mencari posisi polisakarida sulfat. Sebuah fucoi dan F2 ditunjuk sulfat secara lokal yang dimasukkan ke dalam dinding sel sebelum asimetri menjadi morfologis jelas. F2 ini mengandung bagian dari dinding sel yang kan mencakup sel rhizoid embrio setelah pembagian pembelahan pertama.

Untuk tes peran F2 penggabungan ke dalam dinding sel , Shaw dan Quatrano ( 1996) menggunakan inhibitor brefeldin A ( BFA ) , yang interferens dengan F granula eksositosis tetapi tidak dengan akumulasi Ca^{2 +} saluran mikrofilamen . Sama seperti tidak adanya dinding sel , kehadiran BFA conservesthe zigot mampu untuk repolarize di luar waktu normal sampai BFA dicuci bersih . Dengan demikian , F2 atau faktor-faktor lain yang terkandung dalam butiran F yang diperlukan untuk disimpan pada saat sumbu fiksasi . Pengobatan BFA tidak mengganggu pembelahan sel pertama . Ketika BFA dicuci bersih setelah pembelahan pertama , embrio terlambat membentuk rhizoid . Namun, berbeda dengan embrio normal, di mana yang pertama bentuk pesawat pembelahan tegak lurus terhadap rhizoid pemula , para rhizoids terlambat dari BFA - diobati . Embrio tidak memiliki hubungan yang jelas terhadap bidang pembelahan pertama . Memang , beberapa embrio ini membentuk dua rhizoid , tampaknya setelah pembelahan pertama, telah membagi situs target yang ditetapkan oleh Ca^{2 +} dan mikrofilamen . Data ini menunjukkan bahwa fiksasi sumbu yang normal memerlukan orientasi pertama, mitosis spindle paralel dengan sumbu talus - rhizoid . Sebaliknya , sel - BFA diperlakukan tampaknya membagi dengan belahan dada pesawat berorientasi secara acak untuk membentuk tetapi sumbu tidak tetap talus - rhizoid.

Model saat sumbu fiksasi di Fucus yang digambarkan dalam gambar 9.6 . Sebelumnya langkah-langkah pembentukan sumbu telah memuncak akumulasi labil chanel Ca^{2 +}, Ca^{2 +} , dan microfilamets di calon kutub rhizoid . Faktor-faktor ini mempromosikan exocytosis dari butiran F dan penggabungan daerah isinya dalam dinding sel . Ini diubah secara lokal dari sinyal dinding sel kembali ke sel , kemudian memberikan isyarat berorientasi untuk posisi dari mitosis spindle pertama dan mungkin yang lain polarisasi sel aspek .

Singkatnya , studi tentang Fucus dan pelvetia telah menunjukkan bahwa sumbu talus - rhizoid pertama dibentuk dari cara awal , berorientasi baik oleh tempat masuknya sperma atau dengan isyarat lingkungan . Setelah masa labil , sumbu ditetapkan oleh eksositosis lokal Golgi yang diturunkan butiran sekretori di kutub rhizoid masa depan . Sebuah proses dua langkah yang sama mengarahkan pengembangan sumbu tubuh dorsoventral embrio Xenopus , sebagaimana akan dibahas nanti dalam bab ini .

9.3 Penentuan sumbu animal-vegetal di amfibi

Pengembangan Amfibi melibatkan pembentukan dan fiksasi dari tiga sumbu embrio . Anteroposterior, sumbu berkembang selama gastrulasi dari hewan - vegetalaxis  yang berasal selama oogenesis . Sumbu dorsoventral terbentuk setelah pembuahan dan tetap sebelum pembelahan pertama . Kiri-kanan asimetri tidak terbuka sampai jantung dan organ internal lainnya menjadi asimetris selama embriogenesis . Namun, isyarat molekuler untuk asimetri kiri - kanan telah terdeteksi selama blastula dan tahap gastrula awal .

Gambar 9.6

Keterangan : 9.6 model sumbu fiksasi dalam zigot Fucus. Akumulasi mikrofilamen, Ca^{2 +} channel, dan ion Ca^{2 +} menargetkan tiang rhizoid masa depan dengan cara yang labil pada akhir periode pembentukan sumbu (lihat fig.9.4). Axis fiksasi terjadi ketika Fgranules Golgi diturunkan, bergerak ke arah tiang calon rhizoid dan menjalani eksositosis, sehingga fucoi dan F2 dan mungkin isi granul lainnya menjadi masuk ke dalam dinding sel. Dinding sel diubah secara lokal dan dianggap sinyal (panah) ke sel, memberikan isyarat untuk orientasi spindle pertama mitosis dan aspek lain dari sumbu fiksasi.

Animal - vegetal sumbu berasal dengan transportasi berorientasi selama oogenesis

Sumbu animal-vegetal  telur amfibi terungkap selama oogenesis oleh proximiryof vesikel germinal ke kutub hewan dan oleh akumulasi mitokondria antara vesikel germinal dan tiang vegetal (lihat fig.8.25 ) . Polaritas struktural ini merupakan bagian dari sistem transportasi yang melokalisasi beberapa RNA ujung ke kutub vegetal , seperti yang dibahas dalam bagian 8.9 . RNA ibu lainnya dilokalisasi ke tiang hewan ( rebaagliate t al , 1985; . . M. L raja et al , 1999)

Polaritas - hewan nabati juga tercermin dalam akumulasi protein kuning vitellin , yang disimpan dalam oosit dalam trombosit kuning crystallike . Selama proses penyimpanan , ada transportasi keseluruhan protein kuning menuju belahan vegetal , yang mengandung sekitar 70 % dari total vitellin Dalam oosit . Transportasi yang sama mendirikan gradien dalam ukuran trombosit kuning . Trombosit terbesar , dengan diameter 10 sampai 15 mikrometer dalam Xenopus , semua terletak di bagian vegetal telur . Wilayah hewan yang mengandung trombosit lebih kecil sekitar 2 sampai 4 mikrometer diameter , dan ukuran menengah yang ditemukan antara hewan dan tiang vegetal daerah .

Menjelang akhir oogenesis , sitoplasma kortikal di belahan hewan amfibi menjadi telur berpigmen . Tidak ada pigmen seperti di belahan bumi vegetal , yang memiliki penampilan keputihan berasal dari padat trombosit kuning . Pigmentasi dari korteks hewan tidak diperlukan untuk pengembangan pola tubuh normal, strain albino dari Xenopus  yang kekurang pigmen gelap berkembang tidak seperti biasanya, setidaknya di laboratorium. Di habitat alami katak ', dimana cengkeraman telur mengapung di permukaan kolam, pigmentasi gelap belahan hewan tidak memberikan keuntungan. Pertama, menyerap cahaya, mengubahnya menjadi panas yang akan mempercepat pembangunan. Kedua, pigmen gelap dari setengah hewan dan warna keputihan vegetal keduanya memberikan kamuflase. Karena telur amfibi dapat memutar dalam pembuahan, setengah vegetal akan selalu menghadap ke bawah karena itu lebih besar kepadatan apung. Warna keputihan babak vegetal sulit untuk melihat predator di dalam air mencari  langit cerah. Pada saat yang sama, sisi gelap telur 'menghadap ke atas, membuat mereka sulit untuk bertempat bagi predator dari tanah atau udara.

Binatang-tumbuhan polaritas menentukan urutan spasial lapisan kuman

Binatang-tumbuhan polaritas dalam telur amfibi tercermin dalam tata ruang dari dasar-dasar lapisan kuman pada tahap blastula. Sebagian besar hewan, setengah dari bentuk blastula ektoderm, dan sebagian besar vegetal bentuk endoderm, sedangkan zona menengah menimbulkan mesoderm (lihat fig.6.2). selama gastrulasi, mesoderm dan endoderm berbalik ke dalam, sementara ektoderm mengembang untuk menutupi seluruh embrio (lihat fig.6.10). bagian dari ektoderm diperluas yang dekat dengan tiang hewan akan membentuk struktur anterior, seperti otak, organ-organ indera, dan kepala epidermis. Bagian berlawanan dari ktoderm diperluas akan menimbulkan struktur posterior, seperti sumsum tulang belakang dan epidermis batang dan ekor. hewan - polaritas vegetal blastula diterjemahkan ke polaritas anteroposterior dari ektoderm. Untuk mesoderm dan endoderm, hubungan antara hewan-tumbuhan dan anteroposterior polaritas rumit oleh gerakan gastrulasi (lihat bagian 10.3).

Penentuan hewan dan tumbuhan blastomer dikendalikan oleh faktor sitoplasma yang menunjukkan distribusi tidak merata sepanjang sumbu-hewan nabati (lihat fig.8.25). salah satu faktor penentu ini, mRNA maternal dikodekan VegT, terlokalisir ke daerah kutub vegetal (j.zhang dan raja, 1996;. Stannard et al, 1999). Deopletion dari vegT menyebabkan pergeseran dramatis dalam peta blastula (fig.9.7;.. J zhang et al, 1998). Endoderm diganti dengan mesoderm dan ektoderm, mesoderm diganti dengan ektoderm, dan bentuk ektoderm hanya epidermis dan tidak ada sistem saraf. Hasil ini menunjukkan bahwa protein VegT diperlukan untuk pembentukan  dari endoderm dan mesoderm. Sejak VegT menunjukkan karakteristik molekul faktor transkripsi, hasil ini menunjukkan bahwa keterlibatan VegT dalam pembentukan lapisan kuman tidak dimulai sampai transisi midblastula. Namun, langkah-langkah lain yang diperlukan untuk generasi mesoderm tampaknya mulai, seperti yang ditunjukkan oleh pengamatan berikut.

Gambar 9.7

Keterangan : 9.7 efek VegT mRNA, penipisan pada pembentukan lapisan kuman dalam xenopus. VegT mRNA (warna) terlokalisir ke daerah kutub vegetal. Penipisan mRNA ini menyebabkan perubahan dramatis dalam fate maps Xenopus tahap blastula. Dalam bentuk yang normal wilayah epidermis dan sistem saraf pusat (SSP), dan zona marginal di antara bentuk mesoderm dan SSP. Dalam embrio yang kehabisan VegT mRNA, wilayah vegetal membentuk mesoderm, epidermis, dan SSP. Daerah hewan hanya membentuk epidermis, dan zona marginal membentuk epidermis dan SSP.

Fate maps xenopus pada tahap 32 sel telah disusun oleh beberapa authoors (lihat gambar 1.11,. Dale dan kendur, 1987; Moody, 1987; Vodicka dan Gerhart, 1995). Hewan blastomer akan membentuk struktur ectodermal, terutama epidermis. Tingkatan kedua dan ketiga blastomer akan memberikan kontribusi untuk struktur mesodermal, termasuk notochord, somit, pate lateral, dan sel-sel darah. Vegetal blastomer akan membentuk struktur endodermal, sebagian usus. Jika bukan dari maps the potency tingkatan terisolasi, perbedaan besar muncul (fig.9.8). Sedangkan tingkat hewan dan tumbuhan berkembang sesuai nasib, tingkatan menengah: tidak memberikan kontribusi bagi struktur mesodermal tetapi mereka membentuk derivatif kebanyakan ectodermal (smith, 1989). Jika keturunan sel-sel ini diisolasi pada tahap 128-sel mereka membentuk sejumlah kecil struktur mesodermal. Proporsi mesoderm meningkat sebagai sel-sel yang terisolasi kemudian sampai akhirnya, pada tahap akhir blastula, sel menengah terisolasi berkembang sesuai dengan nasib mereka. Pengamatan ini menunjukkan bahwa sel-sel mesodermal ditentukan progessively selama tahap blastula.

Karena sel-sel dengan mesodermal timbul antara ektoderm dan endoderm prospevtive, salah satu mekanisme mungkin untuk sel mesodermal untuk memperoleh nasib mereka akan dengan interaksi induktif sel hewan dan tumbuhan.

Gambar 9.8

Keterangan 9.8 perkembangan tingkatan blastomere terjauh di xenopus. (a) pada tahap 32-cell, hewan terisolasi (A) dan tumbuhan tingkat terisolasi (D) akan berkembang sesuai nasib, dengan A membentuk ektoderm dan D membentuk endoderm. Namun, intermediatetiers terisolasi (B dan C) tidak berkembang sesuai . Istead memberikan kontribusi bagi mesoderm, seperti yang mereka lakukan dalam perkembangan normal (lihat Fig.1.11), mereka akan membentuk ektoderm terisolasi pada tahap awal ini. (b) sebaliknya, pada tahap 128-cell, keturunan tingkat C berkontribusi untuk mesoderm baik dalam perkembangan normal dan setelah isolasi. Dengan demikian, ditentukan tambahan (warna merah) yang berasal di antara keturunan C. Penelitian lebih lanjut (lihat gbr 9.9) menunjukkan bahwa ini merupakan hasil perubahan dari sinyal induktif (panah) dari blastomer vegetal mereka. (c) induksi terus menetapkan korset sel mesoderm yang dikenal sebagai zona marginal.

Blastomer nabati mendorong tetangga hewan mereka untuk membentuk mesoderm.

Asal-usul sel mesodermal oleh interaksi induktif antara tumbuhan dan hewan blastomer ditunjukkan oleh Nieuwkoop (1969) dengan embrio dari mexicanum axolotl Ambystoma, dan oleh Sudarwati dan Nieuwkoop (1971) dengan embrio Xenopus. Para peneliti terisolasi dan dikombinasikan bagian yang berbeda pada pertengahan ke tahap blastula akhir, membuat mereka dalam kultur jaringan, dan gabungan bagian yang berbeda pada pertengahan ke tahap blastula akhir , mereka membuat kultur jaringan , dan dianalisis struktur yang dihasilkan. Gambar 9.9 merangkum temuan mereka . Potongan inti nabati terisolasi bertahan sebagai kelompok besar , sel yolk - sarat mirip dengan yang membentuk usus embrio selama perkembangan normal. Daerah hewan terisolasi , yang disebut topi hewan , dikontrak menjadi lingkup epidermis bersilia . Zona Terisolasi memanjang jauh dalam dan sebagian besar  membentuk struktur mesodermal, termasuk notochord , prekursor otot , tubulus ginjal , dan sel-sel darah .

Gambar 9.9

Keterangan :  9.9 mesoderm induksi dalam blastula Xenopus . ( a) potensi daerah blastula terisolasi dalam kultur jaringan : sel hewan menimbulkan jaringan ektodermal ( epidermis bersilia ) , sedangkan inti sel tumbuhan membentuk jaringan endodermal ( besar , sel yolkladen ) . Garis sel, yang melingkar antara topi hewan dan inti vegetal , sebagian besar membentuk struktur mesodermal termasuk notochord , otot , mesenkim , dan sel-sel darah . Zona marginal dipotong lebih besar di sini daripada peta nasib yang akan membutuhkan (lihat gambar 9.8c ) ,  topi hewan dan tumbuhan inti dipotong. Untuk memastikan bahwa yang terakhir tidak mengandung calon mesoderm . ( b ) percobaan menunjukkan mesoderm induksi : topi hewan dari donor fluorescently berlabel yang dibudidayakan kontak dengan vegetal berlabel , sel-sel hewan di dekat inti vegetal ditemukan untuk membentuk struktur mesodermal . ( c ) bagian histologis menunjukkan inducedmesoderm , termasuk notochord ( n ) dan jaringan otot ( s ) , antara struktur endodermal ( end ) ectodermal ( ect dan nr ).
Hasil yang diperoleh ketika core vegetal terisolasi digabungkan dengan topi hewan terisolasi . Dalam kondisi seperti itu , struktur mesodermal dibentuk , termasuk notochord , jaringan otot , dan ginjal embrio . Sementara pada topi hewan maupun tumbuhan core sendiri tidak memunculkan mesoderm , mesoderm terbentuk ketika dua dikultur di dalam  . Dengan kata lain, mesoderm terbentuk sebagai hasil dari interaksi antara hewan dan tumbuhan sel . Kesimpulannya juga menjelaskan pembentukan progresif struktur mesodermal dengan tingkatan menengah blastomer yang diisolasi pada tahap berturut-turut seperti yang dijelaskan sebelumnya .

Interaksi antara sel-sel nonequivalent yang mengubahnya setidaknya satu pasangan disebut induksi embrio . Induksi menyiratkan bahwa sel menanggapi dan merangsang berbeda dengan sebelum mereka berinteraksi . Perbedaan mereka sudah ada mungkin diakibatkan  dari suatu peristiwa yang menentukan sebelumnya seperti lokalisasi sitoplasma 

Zona menengah dalam blastulae amfibi yang terletak di antara hewan dan tumbuhan sel menjadi diinduksi untuk membentuk mesoderm disebut sebagai zona marginal. Untuk determine apakah zona marginal berasal dari sel-sel hewan atau sel tumbuhan, penelitian digunakan label atau jaringan gabungan dari spesies dan pigmen yang berbeda. Dale dkk (1985) berlabel topi hewan dengan pewarna fluorescent dan dikombinasikan dengan core vegetal berlabel. Mereka menemukan bahwa semua struktur mesodermal jelas diidentifikasi diberi label dan karena itu berasal dari topi hewan. Percobaan yang sama menunjukkan bahwa sekitar setengah dari jaringan yang berasal dari topi hewan diinduksi adalah mesodermal sementara sisanya adalah ectodermal.

Beberapa peneliti telah melakukan percobaan serupa dengan menggunakan penanda molekuler bukan analisis histologis sebagai ukuran induksi mesoderm. Misalnya, Gurdon dan rekan kerja (1985) memantau sintesis mRNA untuk aktin, sebuah protein yang berlimpah dalam otot embrio. Mereka menemukan bahwa mRNA ini tidak disintesis dalam topi hewan terisolasi atau core vegetal, tetapi disintesis dalam kombinasi topi hewan dengan nabati dan dalam zona marginal terisolasi. Dengan demikian, pola sintesis mRNA aktin sejajar dengan pembentukan struktur histologis karakteristik mesoderm.

9.4 Prinsip Induksi

Penentuan sel dengan induksi embrio adalah perkembangan prinsip persuasip (jacobson dan Sater, 1988). Interaksi induktif mungkin terjadi antara sel tunggal dari kelompok sel. Sel-sel yang mengalami perubahan dalam keadaan tertentu  mereka merespon  sel, dan sel-sel yang menyebabkan perubahan ini disebut induksi sel. Sebagai hasil dari awal interaksi induktif, merangsang, dan menanggapi sel sering dari sel-sel prekursor berdekatan atau dasar-dasar, seperti dalam kasus lapisan kuman amfibi dibahas dalam bagian sebelumnya. interaksi induktif yang terjadi kemudian, selama organogenesis, biasanya menghasilkan bagian pelengkap dari mata-optik vesikel-menginduksi pembentukan kelainan lensa-lensa yang placode (lihat Gambar. 1,17)Beberapa keuntungan dari induksi sebagai mekanisme perkembangan yang jelas. Pertama, induksi meningkatkan kompleksitas. Dalam blastula amfibi, jumlah jenis sel ditentukan pada tahap 32-sel ektoderm dan endoderm dua (lihat Gambar 9.8a). setelah induksi mesoderm, jumlah jenis yang ditentukan telah meningkat menjadi tiga: ectoderm, mesoderm, dan endoderm (lihat Gambar 9.8B) seperti yang akan kita bahas nanti, kombinasi mesoderm-induksi dan dorsalizing sinyal pertama menghasilkan dua jenis mesoderm, dorsal dan ventral, dan kemudian interaksi lebih lanjut antara dorsal dan ventral mesoderm menghasilkan tambahan jenis mesoderm. Di lain kata-sedangkan kutub sumbu embrio ate biasanya ditentukan lokalisasi sitoplasma, induksi adalah mekanisme utama dari  struktur yang berbeda sepanjang sumbu . kedua, kedekatan merangsang dan menanggapi sel adalah jaminan yang efektif bahwa struktur yang mereka bentuk  akan muncul di samping satu sama lain dan ukuran sama. Dalam kasus mata, lensa induksi oleh retina akan mencegah lensa dari pembentukan off-center, atau dalam ukuran yang tidak sesuai retina. akhirnya, karena induksi terjadi biasanya pada jarak dekat, banyak interaksi induktif dapat pergi pada saat yang sama. Sebagai contoh, bagian penting dari hidung, mata, dan telinga semua diinduksi secara bersamaan oleh bagian-bagian berbeda dari otak dari hewan vertebrata.

Induksi sudah diakui sebagai prinsip dasar oleh the earliest experimental embryologisis. Pada pertengahan  abad kedua puluh, konsep induksi yang ditopang dengan kriteria operasional rigorois oleh karya hans Spemann di Jerman dan warren Lewis di Amerika (Hamburger, 1988). Kriteria ini untuk percobaan interaksi induktif yaitu penyelamatan dan pendonoran heterotopic, kriteria yang sama juga digunakan untuk membuktikan tindakan penentu sitoplasma, kecuali bahwa sel-sel dari jaringan yang pendonornya bukan cytoplsm. Namun, ini bukan satu-satunya cara untuk lokalisasi sitoplasma dan induksi. Keduanya juga didasarkan pada prinsip program standar. Tidak adanya tempat penentu khusus untuk sinyal induktif tidak mengakibatkan kekacauan atau kematian sel, melainkan sel memiliki jalur alternatif pembangunan untuk jatuh kembali jika mereka tidak menerima sinyal tertentu. Misalnya, sel-sel hewan dari blastula katak yang tidak menerima mesoderm merangsang sinyal dari derivatif ectodermal. Juga, seperti penentu sitoplasma, sinyal induktif dapat mengaktifkan dari menekan sel tertentu.

Gambar 9.10

gambar 9.10 penataan sitoplasma pada embrio xenopus selama siklus sel pertama. xenopus betina disuntik sebelum pemijahan sedikit pun pewarna fluorescent yang mengikat vitellogenin. plateles kuning yang terbentuk setelah injeksi tampak putih di photomicrographs ini. telur dibuahi, dan embrio yang tetap untuk sectioning histologi pada berbagai waktu selama siklus sel pertama. semua bagian yang berorientasi dengan hewan kutub dan titik masuk sperma ke kiri. dengan demikian, sisi dorsal masa depan ke kanan. (a) 30 menit setelah pembuahan. berlabel sitoplasma di belahan hewan pusat telah bergeser sedikit ke arah dorsal. (b) 45 menit setelah pembuahan. sitoplasma hewan sentral telah bergeser bagian punggung lebih lanjut. (c)90 menit setelah pembuahan (mitosis pertama) sitoplasma bergeser hewan telah menghasilkan swirl, yang terdiri dari  berlabel dan tidak berlabel sitoplasma, di wilayah dorsal

Misalnya, pembentukan lensa atau mata dipromosikan oleh sinyal induktif dari endoderm faring, mesoderm jantung, dan retina calon, tetapi dihambat oleh sinyal dari sel pial neural, yang timbul pada antarmuka antara piring eural dan epidemis prospevtive (jacobson , 1966; Grainger et al, 1988).

Interaksi induktif terjadi selama fase sensitif tertentu. Kemampuan jaringan menanggapi bereaksi terhadap induksi dengan mengubah jenis yang ditentukan yang disebut kompetensi. Periode kompetensi biasanya dimulai beberapa waktu sebelum interaksi induktif normal terjadi dan berakhir setelahnya. juga, kemampuan suatu jaringan merangsang mempengaruhi jaringan menanggapi terbatas pada waktu sebelum dan sesudah interaksi induktif yang normal. Periode kemampuan induktif dan kompetensi responsif dapat diungkapkan oleh heterochrinic transplantasi-yaitu, dengan menggabungkan inducer dari usia tertentu dengan jaringan responsif muda atau lebih tua, dan sebaliknya. Penggunaan strategi ini berhasil, misalnya, bahwa topi hewan embrio xenopus kehilangan kompetensi mereka untuk merespon sinyal mesoderm-inducting pada tahap gastrula awal (Dale et al., 1985)

9.5 Penentuan dorsoventral Axis di Amfibi

Sumbu polaritas kedua embrio amfibi, sumbu dosoventral, muncul dari penyusunan ulang sitoplasma yang terjadi sebagai bagian dari aktivasi telur, tidak berbeda dengan gerakan segregtion ooplasmic dari ascidians diuraikan dalam bagian 8.5. penyusunan ulang ini terjadi selama siklus sel pertama, antara aktivasi telur dan pembelahan pertama. Serupa dengan polaritas talus-rhizoid ganggang coklat, polaritas dorsoventral amfibi adalah reversibel untuk jangka pendek sebelum menjadi tetap.

SITOPLASMA  MENGALAMI GERAKAN RUTIN SELAMA AKTIVASI TELUR

Beberapa pengamatan yang menunjukkan bahwa pembentukan yang tepat dari sumbu dorsoventral mungkin tergantung pada gerakan sitoplasma yang mendalam yang terjadi selama aktivasi telur dalam hubungan reguler di titik masuk sperma. Misalnya, dorsal blastopori bibir, yang merupakan lokasi awal gastrulasi dan menandai sisi dorsal masa embrio, selalu muncul di mana sel-sel yang mengandung platekes kuning besar berbatasan dengan sel plateles kuning kecil, menunjukkan bahwa sitoplasma intervensi dengan plateles menengah telah pengungsi (Pasteels, 1964).

Untuk menganalisis gerakan sitoplasma dalam telur xenopus, Danilchik dan Denegre (1991) lapisan berlabel trombosit kuning telur dengan menyuntikkan betina dengan pewarna fliorescent yang mengikat vitellogenin. Telur kemudian diletakkan oleh betina seperti itu baik dikerami atau dihangatkan oleh arus listrik. Sperma amfibi masuk ke dalam telur di mana saja di belahan bumi hewan berpigmen, dan titik entery dia sperma terlihat untuk sementara waktu sebagai konsentrasi pigmen. Hal ini ditandai secara permanen dengan tempat pewarna diterapkan pada permukaan telur yang telah dibuahi. Karena blastopori biasanya berkembang berlawanan titik masuk sperma, tempat pewarna dapat diatur untuk memprediksi sisi dorsal masa embrio dengan baik.

Telur yang disiapkan dengan cara ini dibiarkan  untuk mengembangkan atau meningkatkan periode waktu sebelum mereka tetap dan belah untuk menetas. Prosedur ini mengungkapkan gerakan kompleks sitoplasma yang mendalam. Selama siklus sel pertama setelah pembuahan, gerakan tersebut menghasilkan pusaran lapisan sitoplasma di sisi dorsal masa embrio (Gambar 9.10). pusaran ini terdiri dari telur berlabel dan tidak berlabel lapisan sitoplasma yang telah di kontak sebelumnya. Pusaran itu terjadi di edd fermelized serta dalam telur dihangatkan oleh  listrik, meskipun dalam kasus terakhir orientasi swirl sebagai terduga.

Bagaimana mungkin swirl ini terlibat dalam mendirikan polaritas brosoveral? Dapat dibayangkan, penyusunan ulang sitoplasma yang sama pada label dan  berlabel kuning juga mempertemukan dua mitra yang sebelumnya dari reaksi kimia. Misalnya, tanse protease dapat dikombinasikan dengan protein substrat nya,  kemudian dapat terfosforilasi dari dibelah yang dapat  ke konformasi biologis aktif. Protein tersebut diaktifkan pada gilirannya akan mengendalikan inflasi dari mRNA ibu atau memodifikasi perakitan komponen cytoskeletal. Karena penataan ulang sitoplasma diamati di seluruh telur, faktor argated menjadi hewan serta tumbuhan blastomer benar akan terpengaruh oleh mereka.

PENYUSUNAN ULANG SITOPLASMA BERIKUT FERTILISASI MELIBATKAN ROTASI KORTIKAL

Gambar 9.11 Hubungan antara pembuahan , rotasi kortikal , pembentukan sabit abu-abu , dan pembentukan sumbu dorsoventral dalam telur amfibi , hewan kutub di atas , sperma entry point berorientasi ke kiri . Korteks telur ditampilkan sebagai shell sekitar endoplasm lebih dalam. ( ketebalan korteks berlebihan dalam gambar ini , pada kenyataannya, itu menyumbang sekitar 1,5 % dari radius telur , lihat fig.9.12b ) . rotasi kortikal ( panah ) pivots pada sumbu ( garis putus-putus ) yang tegak lurus dengan sumbu - hewan nabati . Sebuah zona geser menandai batas antara korteks rotasi dan inti endoplasma . Dalam banyak spesies amfibi , sebuah bentuk sabit abu-abu dekat khatulistiwa telur dan biasanya berlawanan entry point sperma (lihat fig.9.13 ) . sabit abu-abu menandai sisi dorsal masa embrio , di mana blastopere akan berasal dan lempeng saraf akan membentuk lateral. Meridian yang membagi dua bulan sabit abu-abu garis perpindahan kortikal terbesar. Meridian ini terletak dalam bidang median masa depan, yang memisahkan sisi kanan dan bagian kiri tubuh

Aspek terbaik-diselidiki dari pengaturan sitoplasma dalam telur diaktifkan amfibi di dikenal sebagai rotasi kortikal. Sebuah kulit luar tipis sitoplasma, yang disebut korteks, berputar relatif terhadap besar-besaran dalam telur, yang disebut endoplasm (Gambar 9.11;. Gerhart el al, 1989). Pivots rotasi kortikal sekitar sebuah sumbu yang tegak lurus dengan sumbu-hewan nabati, dan rotasi menggantikan seluruh korteks relatif terhadap inti oleh berada sekitar 30. Hasil yang paling mencolok dari kortikal rotasi-meskipun mechanistically bukan yang paling penting-adalah pembentukan bulan sabit abu-abu pada permukaan telur dekat garis tengah. sabit abu-abu yang terbaik terlihat pada mereka spesies amfibi yang memiliki sebagian besar pigmen hewan mereka terkait dengan korteks dan beberapa pigmen dengan endoplasma . Karena arah rotasi kortikal di bidang pembentukan sabit abu-abu ke arah tiang hewan, rotasi menyebabkan penggantian korteks hewan sangat berpigmen dengan korteks nabati yang jelas, membuat pigmen jarang dari endoplasma terkena tampak abu-abu (Gambar 9.11, lihat juga Gambar 9.13).

Kecuali telur terganggu oleh manipulasi lebih lanjut, isi telur persis di mana blastopori akan orginate selama gastrulasi, dan dengan demikian di mana dasar-dasar organ dorsal akan membentuk. Dengan luas bagian dari bulan sabit yang berpusat di meridian perpindahan kortikal terbesar ke arah tiang hewan, suatu bidang meridian ini akan menjadi median pesawat embrio. Sebagai aturan, bulan sabit abu-abu berkembang berlawanan titik entery sperma, dan bahkan ketika itu tidak, bulan sabit abu-abu adalah prediktor yang dapat diandalkan dari sisi dorsal masa depan (Danilchik dan Black, 1988). Demikian pula, pembelahan alur pertama sering membagi dua sabit abu-abu, sehingga masing-masing dari dua pertama blastomer akan dari setengah lateral embrio. Sekali lagi, dalam kasus-kasus ketika pembelahan alur pertama tidak alur yang memprediksi bidang median embrio.

Untuk sebuah analisis eksperimental mekanisme seluler yang mendorong rotasi kortikal, penyelidikan telah menerapkan berbagai inhibitor komponen cytoskeletal. Agen yang depoliymerize mikrotubulus, seperti colchicine, nocoazole, shock dingin, dan tekanan hidrostatik, semua rotation.moreover kortikal inhbit, embrio yang gagal untuk menjalani rotasi kortikal yang ventralized, membentuk struktur ventral seperti usus jaringan dan sel-sel darah tetapi tidak ada struktur dorsal seperti sistem saraf sebagai Gambar 9.12 rotasi kortikal dalam telur xenopus hidup . ( a) foto yang diambil dengan confocal mikroskop optik menunjukkan seleksi terbalik pada kedalaman 8 mikrometer dalam membran plasma di wilayah kutub vegetal . Mayat kerikil berbentuk berwarna kuning platelests , alur gelap antara mereka hasil dari perpindahan trombosit kuning oleh mikrotubulus bundel , sebagai reveales dengan pewarnaan yang berbeda tidak ditampilkan di sini . Kedua frame diambil 3.1 min terpisah selama siklus sel pertama . Selama interval ini , badan kuning dan mikrotubulus bepergian bersama lebih dari 24 mikrometer adistance ( skala bar : 30 mikrometer ) , perhatikan sama " x " konfigurasi berbentuk ( tanda panah putih ) dari menyeberangi mikrotubulus bundel dengan terkait trombosit kuning Dalam kedua frame . ( b ) waktu dan kecepatan rotasi kortikal pada kedalaman yang berbeda di bawah membran plasma di wilayah kutub vegetal dari telur xenopus hidup . Data diperoleh oleh videorecording seperti yang ditunjukkan dalam bagian . waktu normal ( NT ) sumbu meliputi sebagian besar interval antara pembuahan ( NT = 0,0 ) dan pembelahan pertama ( NT = 1.0 ) . tidak ada gerakan terdeteksi langsung di bawah membran plasma ( 0 mikrometer ) . Progresif cepat rotasi terlihat pada kedalaman 4,6 dan 8 mikrometer dalam membran plasma , sedangkan di luar 8mikrometer ada peningkatan lebih lanjut yang signifikan dalam kecepatan tercatat . Rotasi kortikal mulai perlahan-lahan sekitar 0,3 NT , dipercepat tajam antara 0,4 dan 0,5 NT , plateaued antara 0,5 dan 0,8 NT , dan berhenti tiba-tiba setelah itu . Pengukuran serupa pada telur xenopus lain menunjukkan kinetika yang sama , dengan kecepatan rata-rata dataran off 11 mikrometer / min .

notochord atau pusat (Vincent dan Gerhart, 1987). Irradiation of the vegetal surface of fertilized egg with ultraviolet (UV) light also inhibits cortical rotation and causes ventralization (Malacinski et al., 1977). Hasil ini penting karena, tidak seperti inhibitor mikrotubulus kimia, sinar UV menembus hanya beberapa mikrometer ke dalam sitoplasma dan dengan demikian mendefinisikan lokasi target (Elinson dan Rowning, 1988; Houkiston, 1994) telah menemukan sebuah array mincrotubules terletak di dalam korteks vegetal, hadir hanya selama rotasi kortikal, dan berorientasi dengan ditambah mereka berakhir menuju tempat pembentukan sabit abu-abu.

Berikut ini analisis miroscopic dirancang untuk memastikan persis di mana arry mikrotubular terletak relatif terhadap dia zona geser antara korteks berputar dan inti endoplasma Tujuan lain adalah untuk mengungkapkan kapan tepatnya array mikrotubular hadir relatif terhadap waktu dan kecepatan rotasi kortikal.

UNTUK menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, larabell dan rekan kerja (1996) menggunakan mikroskop confocal-yang adalah, mikroskop cahaya bahwa "pemotongan bagian optik" dengan menghasilkan gambar yang tajam dari objek di bidang fokus, bahkan jika ada lapisan yang relatif tebal dari jaringan atas dan di bawah bidang fokus. Mikroskop mereka juga terbalik, yang berarti bahwa lensa depan diposisikan di bawah objek, sehingga mereka bisa mengamati kawasan kutub vegetal telur hidup diadakan di posisi normal. Untuk melumpuhkan telur xenopus, mereka disemen amplop pemupukan pada tipis kaca kaca penutup yang memisahkan telur dari lensa depan. Mereka juga dihapus osmotik cairan dari ruang mentega perivitelline antara amplop pemupukan dan membran plasma sehingga telur tidak dipukul pada bagian dalam amplop pemupukan. Dalam keadaan ini, tentu saja, korteks telur tidak bisa lagi memutar sekitar endoplasma. Sebaliknya, endoplas, diputar dalam arah yang berlawanan, jauh dari lokasi pembentukan cerscent abu-abu, dan biasanya, menuju titik masuk sperma.

Fokus pertama pada membran plasma sel telur dan kemudian semakin lebih dalam ke dalam telur, para peneliti tidak bisa mendeteksi komponen bergerak sitoplasma  yang 4μm pertama sitoplasma kortikal. Antara 4 dan 14μm ke dalam sitoplasma vegetal, mereka mengamati trombosit kuning bergerak dengan waktu dan kecepatan yang teratur (Gambar 9.12). waktu ized normal (NT) menakut-nakuti dari 0,0 (fertilisasi) menjadi 1,0 (deavege pertama) gerakan mulai perlahan-lahan sekitar 0,3 NT, dipercepat antara 0,4 dan 0,5 NT, sampai 0,9 NT, dan kemudian melambat tajam. Kecepatan dataran tinggi rata-rata tergantung pada kedalaman di bawah membran plasma di mana pengukuran dilakukan, meningkat dari kedalaman 4μm sampai 11 pM per menit pada 8 m dan tingkat yang lebih dalam.

Kumpulan mikrotubulus berorientasi ditemukan tepat dalam zona geser antara 4 dan 8 m kedalaman di mana kecepatan rotasi meningkat tajam kortikal. Mikrotubular bundel ini pindah berbaris dengan terkait trombosit kuning, dan orientasi keseluruhan dari mikrotubulus berada di arah gerakan. Penafsiran paling sederhana dari data ini adalah bahwa protein motor dengan telur korteks bergerak mendorong mikrotubulus berbaring terluar di zona geser, sedangkan protein motor yang berhubungan dengan mikrotubulus ini mendorong mucrotubules berbaring di dalam diri mereka, memberikan kecepatan yang lebih besar pada mereka daripada yang mereka miliki sendiri , dan sebagainya. Ini akan menjadi seperti papan yang lebih banyak orang berjalan ke arah yang sama membawa papan lain di atas kepala mereka, dan sebagainya.Question

1.       Jika penyelidikan tidak dihapus cairan perivitelline dari telur yang diamati, pada tingkat yang relatif terhadap membran plasma harus mereka telah melihat gerakan tercepat komponen sitoplasma?

2.      Hebatnya, Larabell dan rekan-rekannya tidak menemukan mikrotubulus berorientasi sampai 0,4 NT, yang baik setelah onset lambat movenment kuning platelet, dan mikrotubulus paket yang pertama kali terlihat antara 0,5 dan 0,55 NT, ketika rotasi kortikal telah mencapai kecepatan dataran tinggi. Bagaimana Anda menafsirkan pengamatan ini?

Pengamatan Larabell dan colleageues di satu sisi confrim bahwa array vegetal mikrotubulus terletak di zona-yang geser, persis di mana orang akan berharap untuk menjadi untuk peran penting dalam rotasi kortikal. Di tangan, mereka menimbulkan pertanyaan apakah mikrotubulus bundel adalah orientasi rotasi kortikal dari apakah mereka asli.

MIKROTUBULUS MEMINDAHKAN KOMPONEN SITOPLASMA PUNGGUNG LUAR PERPINDAHAN KORTIKAL

Selama analisis mereka kortikal rotasi dengan mikroskop confocal, Rowning dan rekan kerja (1997) membuat penemuan mengejutkan. Mereka menggunakan teknik yang tertentu, untuk mengamati telur langsung dipasang pada mikroskop confocal terbalik yang juga digunakan untuk mengumpulkan data yang ditunjukkan pada gambar 9.12. Namun, bukannya trombosit pewarnaan kuning atau mikrotubulus, mereka memperlakukan telur dengan . , Pewarna lipofilik yang noda organel membran-terikat seperti mitokondria dan retikulum endoplasmaBanyak untuk mengejutkan mereka, mereka menemukan bahwa sekitar 10% dari bernoda ganelles bergerak cepat dari kutub vegetal menuju sisi dorsal embrio! Bergerak cepat organel bepergian di zona geser rotasi kortikal, antara 4 dan 8 m dalam membran plasma, di mana array mikrotubulus bundel hadir selama fase plateau rotasi kortikal seperti yang dijelaskan sebelumnya. Namun, organel ini bergerak dengan kecepatan 35 sampai 50 m / menit relatif terhadap inti endoplasma, sedangkan kecepatan ratation kortikal hanya sekitar 10 m / menit. Gerakan organel cepat menunjukkan diulang, saltations yang searah yang merupakan ciri khas dari gerakan motor-driven sepanjang mikrotubulus, yang tidak ada gerakan seperti itu mengamati dalam telur diobati dengan mikrotubulus inhibitor.

Gambar 9.14 bioassay untuk aktivitas sitoplasma microinjected atau molekul dorsalizing. Sebuah embrio xenopus pada tahap 16 sel dilucuti amplop pemupukan dan berorientasi dengan tiang hewan. Bahan yang akan diuji disuntikkan ke daerah khatulistiwa dari dua blastomer vegetal ventral (situs injeksi ditandai dengan titik-titik). Jika bahan transplantasi telah dorsalizing aktivitas, embrio inang membentuk set ekstra organ punggung termasuk kepala dengan otak dan rasa organ, sumsum tulang belakang, tulang belakang, dan batang dorsal otot. Embrio yang ditunjukkan pada gambar 9.1 dihasilkan menggunakan bioassay ini.

Karena organel  memiliki ciri khas meninggalkan lapangan mikroskopis  agak cepat, mereka tidak bisa dilacak jarak lebih besar dari 40 m. Oleh karena itu, peneliti menyuntikkan manik-manik plastik neon kecil yang diketahui dari percobaan lain untuk diangkut menuju ujung plus mikrotubulus, mungkin melalui asosiasi dengan protein motor. Setelah injeksi ke dalam zona geser vegetal sebelum rotasi kortikal, sebagian besar atau manik-manik yang terletak di inti endoplasma dan pindah relatif terhadap korteks sekitar 10 m / menit, kecepatan rotasi kortikal. Tapi sekali lagi, sekitar 10% dari manik-manik bergerak tiga sampai empat kali lebih cepat ke arah sisi dorsal embrio. Seperti organel bernoda diamati sebelumnya, manik-manik ini melakukan perjalanan di zona geser rotasi kortikal. Also, Juga, sedangkan rotasi kortikal mencakup sudut sekitar  t organel bergerak cepat dan manik-manik menutupi jarak sudut sekitar  (Gambar 9.13).

Data ditinjau di sini menunjukkan bahwa, selama rotasi kortikal di Xenopus, komponen sitoplasma yang terletak di dekat kutub vegetal diangkut punggung sepanjang mikrotubulus di zona geser dua kali sejauh perpindahan maksimum rhe berputar korteks. Jadi, sekali mikrotubulus di zona geser telah menjadi berorientasi sebagai bagian dari rotasi kortikal, mereka melayani sebagai trek untuk mengangkut komponen sitoplasma. Pada trek ini, komponen ini berjalan lebih cepat dan bergerak lebih jauh dari punggung mereka bisa dilakukan dalam korteks berputar sendiri.

Sedangkan peristiwa molekuler yang menentukan tiang dorsal masih belum diketahui, kemungkinan link dalam rantai sinyal β-catenin, sebuah protein yang terlibat dalam penahan mikro untuk protein membran plasma serta dalam sinyal intraseluler (lihat Bagian 9.7). Dalam konteks saat ini, adalah penting bahwa β-catenin terakumulasi dalam inti blastomer dorsal vegetal pada tahap blastula. Juga, β-catenin dapat bertindak sebagai bagian dari faktor transkripsi yang mengaktifkan gen karakteristik dari gastrula wilayah awal yang membentuk dorsal mesoderm. Dapat dibayangkan, gerakan yang cepat pada daerah geser dari korteks dorsal berkontribusi terhadap pembatasan β-catenin ke inti dorsal blastometers nabati.

KEGIATAN DORSALIZING BERGERAK DARI KUTUB VEGETAL KE SISI DORSAL SELAMA ROTASI KORTIKAL

Sebelum Rowning dan ciwirkers (1997) diamati secara gerakan organel terlihat, Yuge dan rekan kerja (1990) telah melacak pergerakan dorsalizing aktifasi yaitu, aktivity dari bahan apa pun yang mempromosikan pembentukan organ dorsal. Untuk tujuan ini, mereka  bioassay di mana material yang akan diuji  ke dalam blastomer vegetal ventral embrio curnopus pada tahap 16-sel (Gambar 9.14). ketika para peneliti menyuntikkan sitoplasma dari balseros vegetal dorsal, 42% dari penerima yang masih hidup membentuk seperangkat sekunder organ dorsal. Sebaliknya, suntikan sitoplasma dari sel tumbuhan ventral ke daerah recipent sama pernah menyebabkan pembentukan organ punggung sekunder, dan sebagian besar penerima berkembang menjadi berudu yang normal.

Bioassay ini kemudian digunakan untuk menguji sitoplasma dari berbagai daerah telur pada tahap yang berbeda untuk dorsal aktivitas organ-primoting mereka (Fujisue at al, 1993;. Holowacz dan Elinson, 1993). Kortikal (superficial) sitoplasma diambil dari kutub vegetal telur sebelum rotasi kortikal, saat diuji dalam uji hayati, menyebabkan pembentukan satu set sekunder dari organ dorsal. Sebaliknya, sitoplasma kortikal dari daerah lain atau telur sitoplasma vegetal mendalam tidak menginduksi pembentukan organ dorsal.

Kegiatan dorsalizing hadir dalam korteks vegetal telur menghilang dari daerah kutub vegetal selama paruh kedua siklus pertama-bahwa sel adalah, antara rotasi kortikal dan pembelahan pertama. Selama interval waktu yang sama, sitoplasma dari dorsal wilayah subequatorial azquired aktivitas organ-mempromosikan dorsal, yang tidak pernah hadir di sana selama paruh pertama siklus sel pertama. Kegiatan ini kemudian tetap hadir di dorsal wilayah subequatorial melalui tahap 16-cell.

Ketika telur donor UV-iradiasi setelah pembuahan untuk memblokir rotasi kortikal, aktivitas sitoplasma yang mempromosikan pembentukan organ dorsal tetap di kutub vegetal dan tidak bergeser ke posisi sebequatorial dorsal. Hasil ini menunjukkan bahwa pergeseran normal dari aktivitas tergantung rotasi kortikal atau beberapa peristiwa terkait, dan bahwa Iradiasi UV dari belahan vegetal setelah pembuahan mengganggu transportasi-bukan fungsi-kegiatan dorsalizing.

Hasil descibed di atas telah diperpanjang oleh Holowacz dan Elinson (1995), yang disuntikkan sitoplasma kortikal dari telur yang baru dibuahi ke blastomers hewan embrio UV-ventralized pada tahap 32-cell. Blastomer hewan korteks-diperkaya ini memunculkan struktur mesodermal dorsal jika dua persyaratan dipenuhi. Pertama, sitoplasma kortikal disuntikkan harus datang dari vegetal daripada wilayah kutub hewan Kedua, blastomer vegetal-korteks-diperkaya hewan harus mengembangkan kontak dengan tetangga normal mereka melalui periode blastula. Jika topi hewan vegetal-korteks-diperkaya diisolasi pada tahap awal blastoderm, maka mereka hanya menghasilkan epidermis. Hasil ini menunjukkan bahwa korteks vegetal menyebabkan pembentukan mesoderm dorsal tidak dengan sendirinya tetapi dalam kaitannya dengan sinyal dari sel tumbuhan atau garis tengah. Sepertinya, ini adalah sinyal yang sama yang menentukan endoderm dan mesoderm.

Menggunakan bioassay dimodifikasi untuk kegiatan dorsalizing, kageura (1997) disuntikkan patch tipis korteks telur dikupas dari telur donor daripada cytoplam disedot ke dalam jarum kaca. Patch kortikal adalah 4 sampai 8 pM tebal, termasuk lapisan terluar yang bergerak selama rotasi kortikal dan zona geser yang mendasari mengandung array mitokondria dijelaskan sebelumnya. Kaguera menegaskan hasil dari trasplantasi sitoplasma sebelumnya, khususnya bahwa aktivitas dorsalizing adalah organally hadir dalam korteks tumbuhan dan beralih ke punggung korteks garis tengah selama rotasi kortikal. Sementara korteks transplantasi jauh lebih kecil dibandingkan volume sitoplasma ditransplantasikan sebelumnya, transplantasi kortikal setidaknya sebagai aktif, atrongly menunjukkan bahwa semua aktivitas dorsalizing memang melokalisasi di korteks. Dengan transplantasi korteks aktif untuk berbagai posisi, Kageura juga menunjukkan bahwa transplantasi bekerja paling andal dan dilantik embrio seondary paling lengkap jika disuntikkan ke zona garis tengah penerima-yaitu, ke dalam sitoplasma kemudian dialokasikan untuk blastomer marjinal. Sekali lagi, hasil ini menunjukkan bahwa sitoplasma dorsalizing tidak menyebabkan pembentukan organ dorsal dengan sendirinya tetapi dalam kaitannya dengan sinyal mesoderminducing.

Untuk menguji apakah vegetal sitoplasma kortikal tidak hanya cukup tetapi juga diperlukan untuk mendorong dorsal mesoderm, Sakai (1996) dihapus pada berbagai waktu selama siklus sel pertama. Ia menemukan bahwa pembentukan organ dorsal secara konsisten terhambat jika sitoplasma vegetal telah dihapus sebelum NT 0.5 - yaitu, sebelum rotasi kortikal. Tidak ada cacat diamati ketika operasi yang sama dilakukan setelah rotasi kortikal, pada 0,8 NT. Setelah penghapusan awal, embrio dapat diselamatkan oleh reinjecting sitoplasma vegetal dihapus tapi tidak dengan menyuntikkan sitoplasma lainnya.

Secara keseluruhan, hasil yang ditinjau dalam bagian ini menunjukkan bahwa kegiatan mempromosikan pembentukan organ dorsal awalnya hadir di dekat kutub vegetal dan kemudian bergeser ke posisi subequatorial dorsal selama rotasi kortikal. Kegiatan ini bertindak  dengan sinyal lain yang tetap berpusat di sekitar kutub vegetal dan menentukan pembentukan endoderm dan mesoderm. Ini berada di area yang tumpang tindih antara dosalizing dan vegetal sinyal di mana pembentukan organ dorsal dimulai.

DORSAL TUMBUHAN DAN GARIS TENGAH BLASTOMER PENYELAMATAN EMBRIO VENTRALIZED 

Kegiatan sitoplasma yang mempromosikan pembentukan organ dorsal biasanya dialokasikan untuk blastomer dorsal dan dapat ditransplantasikan dengan blastomer ini pada tahap 32 sel dan 64 sel. Hal ini diamati oleh Gimlich dan Gerhart (1984), yang ditransplantasikan berbagai blastomer dari embrio donor yang normal ke penerima di mana sumbu dorsoventral telah dihapus oleh radiasi UV (Gambar 9.15). seperti yang dijelaskan earkier, radiasi UV dari belahan vegetal telur uncleaved mencegah perpindahan aktivitas dorsalizing dari kutub vegetal ke sisi dorsal yang biasanya terjadi selama rotasi kortikal. Embrio yang dihasilkan radial simetris di sekitar sumbu hewan-tumbuhan dan kekurangan organ dorsal. Para peneliti menggunakan embrio seperti radial ventralized sebagai penerima blastomer dari donor yang normal. Pertanyaan itu yang, jika ada, dari sel-sel dicangkokkan akan mengembalikan polaritas dorsoventral ke penerima.

GIMLICH dan Gerhart dipandu oleh pengamatan sebelumnya Nieuwkoop (1969b), yang telah diputar belahan hewan amfibi blastulae relatif terhadap belahan vegetal dan diamati secara bahwa belahan vegetal menentukan polaritas dorsoventral dari embrio dibentuk kembali. Gimlich dan Gerhart karena itu diharapkan blastomer vegetal akan sangat penting untuk pembentukan polaritas dorsoventral. Untuk menguji hipotesis ini, mereka ditransplantasikan sel tumbuhan dari normal menjadi embrio radial ventralized pada 32 - atau 64 - tahap sel. Dalam tingkat vegetal sel, mereka menganggap kuadran berpusat di meridian titik masuk sperma yang paling kuadran ventral (blastomer D4 dan D4 'pada Gambar 9.16c.); Kuadran berlawanan (blastoeres D1 dan D1') mereka dianggap paling dorsal kuadran dan kuadran di antara mereka disebut kuadran lateral. Dalam setiap percobaan, para peneliti dihapus sel-sel dari kuadran entrie dari tingkat vegetal dari penerima radial ventralized dan menggantinya dengan sel-sel yang sesuai dari donor yang normal. Karena variasi dalam pola pembelahan, jumlah sebenarnya blastomer transplantasi bervariasi dari 1 sampai 3. Cangkokan sembuh ke tempatnya dalam waktu 1 jam, dan penerima diizinkan untuk berkembang sampai embrio kontrol normal mencapai tahap kecebong. Kemudian penerima serta UV iradiasi embrio kontrol, yang tidak menerima draft, yang masuk untuk kelengkapan organ dorsal mereka.

Alomost semua embrio kontrol disinari UV-yang kurang struktur dorsal seperti notochord, otak dan sumsum tulang belakang, dan rudients mata dan telinga. Dengan blastomer nabati grafted dari kuadran dorsalmost (D1 dan D1 '), penerima secara substansial diselamatkan, sedikit banyak dari mereka menunjukkan set lengkap organ dorsal (Fig.9.15a). Sebaliknya cangkok serupa lateral (misalnya, D2 dan D3) dan ventral sebagian besar (D4 dan D4 ') sel tumbuhan kecil jika ada efek rescuring. Likewise, heterotopic trasplantation of dorsal vegetal blastomeres vegetal blastomeres to the ventral side of normal recipients caused the formation of an additional set of dorsal organs (Fig. 9.15b). the investigators concluded that within the vegetal tier of blastomeres the ability to establish dorsoventral polarity is concentrated for the most part in the dorsalmost quadrant (labeled D1/D1’ in Fig. 9.16).

Gambar 9.15 transplantasi dorsal blastomer tumbuhan dalam embrio xenopus. (a) percobaan penyelamatan. Sumbu dorsoventral penerima dihapuskan oleh iradiasi uv dari belahan vegetal telur dibuahi. Telur sehingga diperlakukan kenaikan memberi ke embrio radial simetris kurang semua organ dorsal seperti otak, mata, telinga, sumsum tulang belakang, dan notochord. The ebryos radial ventralized yang dikembalikan ke perkembangan normal oleh transplated blastomer dorsal vegetal dari donor normal. (b) transplantasi heterotopic. Transplantasi dorsal blastomer vegetal ke sisi ventral penerima yang normal menghasilkan perkembangan embrio dengan dua set organ dorsal.

Dalam percobaan tindak lanjut, Gimlich (1986) dan Kageura (1990) ditransplantasikan blastomer dari jangkauan yang lebih luas dari lokasi. Beberapa blastomer trasplanted dalam percobaan ini, khususnya B1/B1 dan C1/C1 ',        ditakdirkan untuk dari notochord dan dorsal otot (Bauer et al, 1994;. Vodicka dan Gerhart, 1995). Hasil tindak lanjut menyerupai orang-orang dari percobaan asli. Duri blastomer, tapi tidak rekan-rekan ventral mereka, diselamatkan kemampuan host diradiasi dari organ dorsal. Pada tahap 32 sel, aktivitas penyelamatan terbesar ditemukan pada blastomer C1 dan C1 ', dan hampir sebanyak di D1/D1' dan B1/B1 '. Menurunkan tingkat aktivitas hadir di A1/A1 ', C2/C2', dan D2/D2 '(Gambar 9.16). dengan demikian aktivitas dorsalizing berkisar lebih dari patch luas dorsal mistly dan tumbuhan - to - blastomer khatulistiwa, dengan tingkat aktivitas tertinggi pada mereka blastomer yang baik mendorong atau dari mesoderm dorsal.

pertanyaan

1.      Nasib blastomer yang D1/D1 dalam embrio normal adalah dari endoderm. Oleh karena itu, blastomer ditransplantasikan pada percobaan Gimlich dan Gerhart kemungkinan besar tidak dari struktur mesodermal dorsal dalam embrio diselamatkan melainkan inducethem. Bagaimana Uout menguji hipotesis ini?

2.      Bagaimana Anda menafsirkan blastomer trasplantation expreiments dari Gimlich, Gerhart <dan Kageura dalam ligh percobaan trasplantion sitoplasma berikutnya Yuge, Fujisue, Holowacz, dan rekan-rekan mereka?

Secara keseluruhan, hasil dibahas dalam sectio menunjukkan bahwa sisi dorsal embrio zenopus ditentukan oleh acara yang berkaitan. Sebuah kegiatan yang mempromosikan pembentukan organ dorsal pertama hadir dalam sitoplasma kortikal dekat kutub vegetal dan pergeseran dorsal selama siklus sel pertama. Pergeseran ini tergantung pada mikrotubulus, mungkin untuk pengangkutan kegiatan dari kutub vegetal ke posisi subequatorial dorsal. Blastomer dorsal ke mana aktivitas tersebut dialokasikan selama pembelahan memperoleh kemampuan untuk menyelamatkan embrio ventralized oleh radiasi UV dan untuk mendorong organ dorsal ektopik. Beberapa blastomer ini (C, C1 ', B1, B1') bentuk dorsal mesoderm sendiri sementara yang lain (D1, D1 ') menginduksi blastomer dorsal.

      

Gambar 9.16 Aktivitas bagian atas dalam embrio Xenopus, diungkapkan oleh transplantasi sitoplasma atau tahap pembelahan embrio awal  seperti yang ditunjukkan pada gambar 9.14 dan 9.15. Kegiatan tulang punngung yang pertama terjadi dalam sitoplasma tumbuhan dan kemudian bergeser ke punggung wilayah subequatorial, di mana ia tertutup dalam bagian atas tumbuhan dan tahap pembelahan embrio awal. Pada tahap 32 sel, aktivitas dorsalizing terkuat di blastomer B1/B1 ', C1/C1', dan D1/D1 ', dan agak lemah dalam blastomer tetangga. (A) tampilan lateral telur. (B) Lateral pandangan embrio 32-cell. (c) vegetal pandangan embrio 32-cell.

9.6 Pengaruh Polaritas Dorsoventral Pada Induksi Mesoderm dalam Xenopus

Pembentukan polaritas dorsoventral dan pengaruhnya terhadap induksi mesoderm pada embrio amfibi telah menarik banyak perhatian untuk alasan tertentu . Dorsal mesoderm pada tahap gastrula awal menempati bibir dorsal blastopori tersebut . Bahan ini , melampui nasib sendiri membentuk tulang belakang , menginduksi mesoderm lateral menimbulkan struktur yang tepat dan menginduksi ektoderm di atasnya untuk membentuk otak dan sumsum spiral . Ini mengorganisir kekuatan bibir dorsal blastopori terungkap dalam  percobaan  Spemann dan Mangold ( 1924a , b ) , Di mana dorsal bibir blastopori itu ditransplantasikan heterotopically dan menyebabkan pembentukan satu set sekunder organ dorsal ( lihat Bagian 12.3 ) . Mencari tahu bagaimana memperoleh sifat khusus telah menjadi pencarian  lama ahli biologi perkembangan . Sementara pengetahuan kita masih belum lengkap , kemajuan telah dibuat . Setelah membahas induksi mesoderm dan pembentukan polaritas dorsoventral dalam telur amfibi , sekarang kita akan membahas bagaimana kedua proses ini dapat berinteraksi untuk menghasilkan organizer Spemann itu .

MESODERM DIINDUKSI DENGAN POLA DORSOVENTRAL DASAR

Pembelahan embrio  pada tahap sel ke 32  menunjukkan bias dorsoventral dalam kemampuan mereka untuk menginduksi sumbu sekunder pada transplasi.Dorsal heterotopic dan dorsolateral blastomer vegetal (D1. D1 ', D2 dan D2' pada Gambar 9.16) memiliki kapasitas ini sedangkan ventrolateral mereka dan salinan ventral tidak. Embrio sekunder yang disebabkan oleh D dan D1 'juga lebih panjang dan lebih lengkap daripada yang disebabkan oleh D2 dan D2' (Kangeura, 1990). Apakah bias ini hanya mempengaruhi kemungkinan dengan yang mesoderm dalam diinduksi dan massa secara keseluruhan, atau tiga polaritas dorsoventral juga berkaitan dengan tipe tertentu dari organ mesodermal yang diinduksi?.

            Untuk menjawab pertanyaan ini, Dale dan kendur (1978b) mempelajari kapasitas mesoderm-inducing dari blastomer vegetal terisolasi dengan menggabungkan mereka dengan topi hewan seperti ditunjukkan pada Gambar. 9.17. Sel-sel hewan tidak berlabel. Para peneliti menemukan bahwa blastomer dorsal vegetal disebabkan sebagian besar punggung turunan mesoderm,  tulang belakang  dan otot, beberapa mesoderm menengah seperti ginjal, tetapi tidak ada struktur mesodermal ventral. Sebaliknya, blastomer vegetal ventral dan lateral diinduksi pembentukan turunan mesoderm ventral, khususnya sel-sel darah dan mesenkim, bersama dengan banyak lateral dan struktur mesodermal dorsal beberapa. Data ini mengkonfirmasi bahwa blastomer dorsal tumbuhan berbeda dari neigbours lateral dan ventral mereka dalam jenis struktur mesodermal mereka paling sering menginduksi.

Gambar 9.17 kekhususan Daerah induksi mesoderm di Xenopus. Tahap pembelahan embrio awal binatang tingkatan (A) yang dikombinasikan dengan tahap pembelahan embrio vegetal tunggal (D1 ke D4) dari embrio sel 32. Tingkatan hewan diberi label dengan pewarna fluorescent untuk membedakan keturunan mereka dari orang-orang dari blastomer vegetal. Setelah kultur in vitro, jaringan yang dihasilkan tetap dan belah. Struktur mesodermal dibentuk oleh tingkatan hewan berlabel diklasifikasikan sebagai dorsal mesoderm, mesoderm menengah, atau mesoderm ventral. Duri blastomer nabati diinduksi mesoderm terutama punggung, sedangkan blastomer vegetal lateral dan ventral diinduksi menengah dan ventral mesoderm dalam proporsi yang sama.

            Karena gerakan sitoplasma mendalam ditunjukkan pada Gambar 9.10 mempengaruhi hewan serta sitoplasma vegetal , dan karena tidak ada data devinitife pada seberapa jauh dorsalizing penentu mengungsi dari kutub vegetal , tidak tertutup kemungkinan bahwa sel-sel hewan yang sudah memiliki bias dorsoventral dalam mereka respon terhadap sinyal mesoderm - induksi dari tetangga vegetal mereka. Memang, data yang dikumpulkan pada gambar 9.17 menunjukkan bahwa topi hewan membentuk beberapa struktur mesodermal dorsal bahkan dalam kombinasi dengan tahap pembentukan awal embrio vegetal ventral , hasil yang mungkin dikaitkan dengan punggung bias beberapa sel  hewan . Juga , dalam kombinasi potongan blastula hewan dan tumbuhan seperti yang ditunjukkan pada gambar 9.9 , yang paling dorsal struktur mesodermal tulang punggung diinduksi hanya jika potongan hewan berasal dari dorsal agak  membentuk sisi ventral dari embrio ( Sutasurya dan Nieuwkoop , 1974). Dalam perawatan penambahan dorsal dan bagian ventral topi hewan dengan protein yang mewakili atau sinyal mesoderm -induksi menginduksi lebih dorsal mesoderm di bagian tutup hewan dorsal ( Sokol dan Melton , 1991; Kimelman dan Maas , 1992) .

            Singkatnya, polaritas dorsoventral embrio amfibi membebankan bias pada kedua merangsang dan menanggapi sel di induksi mesoderm (Gambar 9.18). Sejak tahap pembentukan awal embrio menjadi bias selama pembelahan dan blastula awal tahap-yaitu, sebelum midblastula transisi MBT) mekanisme molekuler menciptakan bias seharusnya tidak memerlukan transkripsi genom embrio. Dengan demikian, sinyal yang terlibat cenderung bergantung pada penggunaan dan modifikasi molekul maternal disediakan. Apapun sinyal rantai dorsal, link kritis tampaknya tergantung pada rotasi kortikal karena telur diobati dengan sinar UV atau inhibitor mikrotubulus tidak membangun sisi dorsal.

SEL DORSAL MARGINAL MENGINDUKSI BERBAGAI DASAR ORGAN MESODERMAL

Dalam mesoderm baru diinduksi, pola dorsoventral dimulai sebagai perbedaan sederhana antara sel-sel mesoderm dorsal, juga dikenal sebagai penyelenggara Spemann itu, dibandingkan sel-sel mesodermal lain yang membentuk struktur sebagian besar ventral. Penyelenggara kemudian bertindak Dalam dua cara: Pertama, menginduksi ektoderm membentuk otak dan sumsum spiral. Kedua, itu menginduksi bagian yang berdekatan dari mesoderm ventral untuk membentuk mesoderm menengah. Tindakan pertama dikenal sebagai induksi saraf, akan dibahas dalam bagian 12.3 bersama dengan organogenesis dari sistem saraf pusat. Aksi organizer kedua, yang menghasilkan struktur mesodermal menengah, akan dibahas di sini untuk menyimpulkan topik pembentukan sumbu dorsoventral.

Gambar 9.18 Model pembentukan lapisan kuman dan dorsal dalam pengembangan amfibi . Dalam telur yang baru diletakkan , baik penentu nabati dan aktivitas dorsalizing dilokalisasi di kutub vegetal area.During rotasi kortikal , aktivitas dorsalizing bergerak ke arah sisi dorsal masa depan sedangkan penentu vegetal tinggal di tempat.Kamar terakhir menjadi dipisahkan ke dalam blastomer vegetal , yang menimbulkan endoderm . Blastomer mewarisi aktivitas dorsal mengembangkan bias untuk pengembangan dorsal . Selama pembelahan , blastomer vegetal mengirim sinyal mesoderm -induksi. Ini merespon dengan membuat dorsal mesoderm dan induksi mereka begitu bias , jika sel-sel khatulistiwa merespon dengan membuat ventral transisi mesoderm.Setelah midblastula , dorsal mesoderm mengirim dorsal sinyal untuk mesoderm berdekatan, yang dalam menanggapi perubahan  untuk telur mesoderm.Dalam ventral dengan penyinaran UV atau dengan cara lain mengganggu rotasi kortikal , aktivitas dorsalizing tetap terjebak dekat pangkal.Sebagai vegetal Akibatnya , tak satu pun dari tahap awal pembentukan embrio mesodermal memperoleh bias dorsal , sehingga semua mesoderm menjadi ventral .

            Dalam percobaan ditunjukkan pada Gambar 9.17, struktur mesodermal disebabkan oleh blastomer vegetal ventral tidak berbeda secara signifikan dari yang disebabkan oleh blastomer vegetal lateral. Struktur diinduksi dalam percobaan ini karena itu tidak akurat mencerminkan urutan dasar organ mesodermal diamati kemudian selama pengembangan, ketika kita dapat membedakan tulang belakang, somit, nephrotomesm dan piring lateral (Gambar 9.19). Tulang belakang adalah precursor  bagian dari tiang.spinal menimbulkan ke bagian lain dari kolom tulang belakang, otot skeletal, ang ke bagian kulit yang lebih dalam. Nephrotom, juga dikenal sebagai mesoderm menengah, menghasilkan ginjal embrio. Plat lateral dari otot polos organ internal, jaringan ikat batang dan tungkai, dan sistem peredaran darah, termasuk sel.Bagaimana  pola darah mesodermal kompleks muncul membentuk pola sederhana dari potensi diinduksi dalam sel dorsal marginal dibandingkan lateral dan ventral marginal sel?

Gambar 9.19 Pengembangan pola mesoderm dorsoventral dalam embrio Xenopus.

(a) Pandangan sisi pada tahap 32 sel. Isolasi dan induksi percobaan (ara 9,17) mengungkapkan hanya dua negara mesodermal, satu di sel marjinal dorsal dan sel-sel marginal lainnya.

(b) Bagian melintang pada tahap embrio canggih. Mesoderm berisi pola dorsoventral kompleks elemen yang berbeda, termasuk notochord, somit, nephrotomes dan piring lateral.

            Untuk menganalisis perkembangan lebih lanjut dari mesoderm di Xenopus, Dale dan Slack (1987b) membandingkan nasib dan potensi sel mesoderm calon pada tahap blastula awal. Untuk mempelajari nasib sel mesodermal, mereka berlabel sel marjinal dengan pewarna fluorescent dan memeriksa jaringan berlabel kemudian pada tahap berudu. Untuk mengeksplorasi potensi sel yang sama, mereka terisolasi mereka dan membiarkan mereka berkembang di jaringan culture.Comparing hasil dari dua prosedur, mereka menemukan bahwa dorsal terisolasi dan sel marginal ventral dikembangkan sesuai dengan ketentuannya.Sebaliknya, sel marjinal lateral yang terisolasi dikembangkan struktur yang lebih ventral dari yang diharapkan dari nasib. Isolateral yang dihasilkan jumlah besar dari sel-sel darah, yang menurut peta nasib yang diharapkan sebagian besar peneliti sel.Kesimpulan Marginal ventral bahwa dalam embrio utuh lateral marginal sel-sel menerima sinyal yang mengalihkan mereka dari ventral ke lateral nasib.

            Berdasarkan data awal, para peneliti menduga bahwa sel-sel marjinal lateral dalam embrio utuh menerima sinyal induktif dari kekerabatan dorsal.Untuk menguji hipotesis mereka, berlabel bagian gabungan ventral marginal dengan dorsal label atau bagian marginal dorsolateral (Fig.9.20) . Budaya agter dalam kombinasi, sebagian besar bagian ventral marginal yang dorsal membentuk sejumlah besar otot bukan darah. Hanya dalam beberapa kasus, di mana berlabel dorsolateral bagian itu sendiri telah membentuk sturucture ventral, apakah rekan berlabel melakukan hal yang sama. Sebaliknya, berlabel punggung dan dorsolateral bagian tidak vental oleh bagian ventral berlabel.

            Hasil ini mengkonfirmasi bahwa sinyal yang dilepaskan dari sel marginal dorsal mengubah pengembangan lateralis mereka terhadap nasib mesodermal menengah (lihat gambar 9.18). Ini induktif interaksi terjadi setelah midblastula transisi, selama akhir blastula dan tahap gastrula awal. Dalam telur-iradiasi UV tanpa polaritas dorsoventral, karena tidak ada mesoderm dorsal diinduksi, hanya struktur mesodermal ventral terbentuk.

9.7 Mekanisme Molekuler Formasi Dorsoventral Axis Dan Induksi Mesoderm

Mengingat kepentingan intens ahli biologi perkembangan pada bagaimana organizer berasal Spemann dan cara kerjanya , itu telah menjadi tujuan utama bagi banyak laboratorium untuk memahami induksi mesoderm dan pembentukan polaritas dorsoventral di amfibi dalam hal molekul . Apa sifat faktor ( s ) yang dipisahkan menjadi blastomer dorsal dan memberikan bias dorsal pada mereka ? Yang bertindak sebagai molekul sinyal mendorong untuk membujuk sel marjinal untuk membentuk mesoderm bukan ektoderm ? Sebuah molekul kandidat untuk salah satu dari fungsi-fungsi ini harus memenuhi kebutuhan  minimum.Pertama , molekul harus hadir dalam embrio pada konsentrasi yang diperlukan dan di wilayah diprediksi . Ini harus tersedia sebagai komponen maternal diberikan jika diusulkan untuk bertindak setelah MBT . Ketiga , memblokir aksi dari molekul in vivo harus mengganggu fungsi biologis yang diusulkan . Keempat , harus aktif dalam penyelamatan dan atau percobaan transplantasi heterotopic dengan seluruh embrio . Sesuai persyaratan yang harus dipenuhi untuk reseptor dan komponen sinyal hilir lainnya melalui mana molekul bertindak .

Gambar 9.20 Dorsalization dari zona marginal ventral oleh dorsal atau zona dorsolateral dari gastrula amfibi awal. Sepotong zona marginal ventral dari gastrula fluorescently berlabel dikombinasikan dengan sepotong dorsal atau zona marginal dorsolateral dari struktur mesodermal donor.Berlabel dibentuk oleh masing-masing zona dianalisis setelah kultur. Zona ventral mengembangkan struktur dorsal lebih dari mereka harus dalam isolasi atau dalam embrio utuh. Perkembangan dorsal atau mitra dorsolateral tidak berubah oleh lingkungan.β-catenin mungkin menentukan polaritas dorsoventral

            Calon kemungkinan untuk mendirikan tiang dorsal embrio , seperti yang disebutkan sebelumnya , adalah β - catenin ( Haesman , 1997; Bulan dan Kimelman , 1998) . Ini pada awalnya ditemukan dalam konteks adhesi sel , sebagai molekul yang membantu untuk jangkar molekul membran plasma yang dikenal sebagai chaderins ke sitoskeleton.Hanya kemudian akan datang jelas bahwa non membran terkait , atau sitoplasma , sebagian kecil dari β - catenin terlibat dalam jalur sinyal yang dikenal sebagai jalur Wnt . Jalur ini dinamai setelah kekerabatan sangat kekal evolusioner protein sinyal disekresikan ditunjuk Wnt dalam vertebrata . Mereka bertindak pada pencocokan reseptor di membran plasma menanggapi sel , yang pada gilirannya menonaktifkan protein kinase yang ditunjuk GSK - 3 ( Fig.921 ) . GSK - 3 tampaknya mempercepat pemecahan proteolitik β - catenin oleh phosphorylating kelompok kritis serin dan theronine residu nya ( Aberle , 1997 ) . Sitoplasma β - catenin yang tidak terdegradasi asosiasi dengan faktor transkripsi yang ditunjuk tcf - 3 dan terakumulasi dalam inti , di mana kompleks stable.After MBT , kompleks acitivates yang siamois⁺ dan kembar⁺ gen , yang berhubungan erat dengan aktivitas organizer ( Brannon et al , 1997; . Fan dan Sokol , 1997; Lauren et al , 1997) .

Gambar 9.21 mekanisme molekuler yang diusulkan untuk membangun organizer.komponen kunci Spemann itu adalah β-catenin, sebuah molekul sinyal yang dapat menggabungkan dengan peptida lain, yang ditunjuk Tcf-3, untuk membentuk stabilitas faktor.Transkripsi β-catenin dibatasi oleh GSK-3 kinase, yang memfosforilasi β-catenin, sehingga mensinyalkan kerusakan proteoliytc nya. GSK-3 pada gilirannya adalah dihuni oleh Wnt signaling. β-catenin asosiasi dengan TCF3 dan terakumulasi dalam inti, di mana itu adalah stabil. Pada tahap blastula, β-catenin menumpuk terutama di inti dorsal (lihat Gambar. 9.22). dengan β -Catenin/Tcf-3 kompleks mengaktifkan siamois⁺ Dan twin⁺ dalam mesoderm dorsal yang akan bertindak sebagai Spemann itu organizer.Siamois dan protein kembar, bersama dengan sinyal mesoderm-induksi dari TGF-β-keluarga, mengaktifkan goosecoid⁺, lain gen khusus dinyatakan dalam penyelenggara.

Gambar 9.22 Lokalisasi nuklir β-catenin di Xenopus embrio pada tahap blastula. Embrio yang difoto setelah immunostaining (lihat metode 4.1) dengan antibodi poliklonal againt β-catenin. (a) aspek punggung blastula dengan β-catenin terakumulasi dalam inti. (b) Aspek ventral blastula tanpa β-catenin dalam inti. Dalam kedua foto, sel berwarna di sepanjang membran plasma, di mana β-catenin adalah terkait dengan molekul adhesi sel cadherin dikenal.

β-catenin terjadi pada Xenopus embrio di tempat yang tepat dan waktu (Laberell et al., 1997). Selama rotasi kortikal, ditemukan dalam hubungan dengan mikrotubulus berorientasi yang bergerak komponen sitoplasma dari wilayah kutub vegetal ke sisi dorsal embrio (lihat bagian 9.5). Secara signifikan, radiasi UV dari telur yang dibuahi dalam kondisi menghalangi rotasi kortikal akan menjebak, di daerah kutub vegetal, β-catenin dan langkah-langkah signaling hilir seperti aktivasi dari siamois⁺ dan twin⁺. Pada tahap blastoderm dan kemungkinan lebih awal, β-catenin menjadi diperkaya dalam inti dorsal tapi tidak ada blastomer ventral (Gambar 9.22;. Schneider et al, 1996). Dalam eksperimen ventral embrio katak pola dorsoventral pewarnaan nuklir β-catenin dihapuskan. Sebaliknya, embrio akumulasi nuklir β-catenin.

Penghapusan β - catenin menghapuskan polaritas dorsoventral dan menciptakan radial ventralized embryos.Ini pertama kali ditunjukkan oleh percobaan dari Xenopus telur dari mRNA mengkode induk β - catenin ( Heasman et al . , 1994 ) . Deplesi ini dicapai dengan menyuntikkan telur dengan oligodeoxynucleotides yang berhibridisasi in vivo pada urutan penting dalam β - catenin mRNA . Hasil DNA / RNA hybrid dibelah oleh RNA - merendahkan enzim endogen , RNase H , sehingga suplly bahan β - catenin mRNA dalam telur hancur dan protein β - catenin habis karena protein alami terdegradasi tidak bisa lagi diganti. embrio berkembang dari telur tersebut yang radial simetris dan vetralized seperti embrio di mana rotasi kortikal telah dicegah oleh Penyinaran UV . Penampilan ventralized sama dikembangkan dalam embrio di mana sitoplasma β - catenin dialihkan oleh selisih lebih nilai perolehan jumlah cadherin , molekul adhesi sel yang berlabuh ke microfilament oleh β - catenin .

Embrio yang telah ventralized dengan penyinaran UV atau oleh kelebihan cadherin dapat diselamatkan oleh injeksi dari β-catenin mRNA (Heasmen et al, 1994;. Guger dan Gumbiner, 1995). Akhirnya aplikasi ektopik dari β-catenin atau penghambatan GSK-3 mengarah ke pembentukan set kedua organ dorsal (lihat gbr 9.1; Funayama et al, 1995.). Duplikasi sumbu serupa telah diamati sebelumnya setelah injeksi lithium ion (Li +) ke vegetal ventral dan tahap awal pembentukan embrio (Kao et al, 1986;. Busa dan Gimlich, 1989), dan Li⁺ kini telah ditunjukkan untuk meningkatkan β-catenin dengan menghambat GSK -3 (klein dan melton, 1996;. Hedgepeth et al, 1997).

Bukti yang dirangkum di atas menunjukkan bahwa β - catenin memenuhi semua kriteria untuk menjadi link penting dalam rantai sinyal yang menentukan tiang dorsal sumbu dorsoventral di Xenopus . Data kurang luas menunjukkan peran yang sama untuk β - catenin I mendirikan sumbu dorsoventral dalam ikan zebra ( Schneider et al . , 1996) , dan pada sumbu - hewan nabati dalam landak laut ( Wikramanayake et al . , 1998) . Sebuah pertanyaan yang belum terselesaikan utama adalah bagaimana akumulasi nuklir β - catenin menjadi terbatas ke sisi dorsal embrio Xenopus . Salah satu kemungkinan adalah bahwa mikrotubulus transportasi tergantung dari β - catenin dari daerah kutub vegetal ke sisi dorsal selama rotasi kortikal sudah cukup . Kemungkinan, vesikel membran yang mengalami translokasi yang sama dapat berinteraksi dengan jalur β - catenin untuk contoh dengan mengurangi aktivitas GSK - 3 di sisi ventral dari Xenopus embrio menyebabkan terbentuknya sumbu dorsal ektopik sedangkan berlebih dari GSK - 3 pada sisi dorsal memiliki efek ventralizing ( Dia et al , 1995; . . Yost et al , 1996) . Mekanisme molekuler endogen hadir untuk mengurangi dalam aktivitas GSK - 3 baik dengan menghambat sintesis atau dengan mengurangi itu kegiatan yang ( Dominguez dan Green , 2000).

BEBERAPA FAKTOR PERTUMBUHAN MEMILIKI AKTIVITAS MESODERM-INDUKSI

Manifestasi dari β-catenin sebagai sinyal dorsalizing tergantung pada induksi mesoderm, sebagai dibahas sebelumnya. Untuk menyelidiki apakah induksi mesoderm memerlukan kontak langsung sel, Grunz dan Tacke, (1986) yang dimodifikasi percobaan ditunjukkan pada gambar 9.9 dengan menempatkan filter dengan pori-pori sangat halus diameter 0,4 mm antara tumbuhan dan sel blastula hewan. Mereka beralasan bahwa filter akan mengganggu induksi jika kontak sel langsung diperlukan. Namun, mesoderm diinduksi di filter. The bereaksi ektoderm terbentuk terutama struktur mesodermal ventral, tetapi beberapa topi hewan juga membentuk dorsal mesoderm. Elektron pemeriksaan mikroskopis dari filter gagal mengungkapkan perkembangan sel dalam pori-pori filter, menunjukkan bahwa transmisi molekul diffusible iss cukup untuk induksi mesoderm terjadi.

Untuk menganalisis lebih lanjut sifat sinyal yang menginduksi pembentukan mesoderm, topi hewan dari blastula dikultur dalam media yang mengandung berbagai ekstrak sel atau fraksi molekul. Sebagai tanggapan, ektoderm blastula sering diinduksi untuk membentuk mesoderm, seperti yang ditunjukkan oleh perpanjangan kuat dari topi hewan, dengan fitur histologis karakteristik jaringan mesoderm, dan oleh synthetis mRNA spesifik mesoderm atau protein. Observasi ini mengungkapkan kapasitas mesoderm mendorong beberapa faktor pertumbuhan, disekresikan atau membran terikat peptida yang mengaktifkan reseptor membran plasma pencocokan hadir pada sel tetangga (Kimelman et al, 1992;. Sive 1993; JC Smith, 1989). Secara khusus, beberapa peptida faktor pertumbuhan fibroblast (FGF) keluarga dan faktor pertumbuhan garis-β (TGF-β) kekerabatan dapat bertindak sebagai sinyal yang merangsang mesoderm.

Dasar faktor pertumbuhan fibroblast (bFGF) memenuhi beberapa kriteria sinyal alami yang akan diperlukan untuk induksi mesoderm. Hal ini hadir dalam embrio pada waktu yang tepat dan dalam konsentrasi yang cukup, seperti reseptor untuk FGF (Gillespie et al., 1989). Menekan fungsi reseptor FGF menghilangkan penanda molekuler perkembangan otot in vitro dan mengganggu gastrulasi dan pengembangan selanjutnya batang mesoderm in vivo (Amaya et al., 1991, 1993)

Beberapa anggota dari TGF-β keluarga juga lebah dianggap sebagai induser mesoderm. The VegT protein diberikannya efek yang kuat pada endoderm dan mesoderm formasi (lihat gambar 9.7.) Melalui merangsang synthetis protein secreteal dari TGF-β Keluarga (Clements et al, 1999;.. Agius et al, 2000). Inaktivasi reseptor TGF-β tertentu mencegah mesoderm induntion, tetapi dalam terpretation hasil ini telah terhambat oleh fakta bahwa reseptor ini terikat oleh beberapa anggota keluarga TGF-β (Hemmati-Brivanlou dan Melton, 1992; Kessler andMelton 1994) . Beberapa anggota keluarga TGF-β, termasuk VG1 dan activin, dapat mempromosikan dorsalization (Sokol dan Melton, 1992; Thomsen dan melton 1993), menunjukkan bahwa mereka dapat bertindak dalam hubungannya dengan β-catenin jalur.

Anggota lain dari keluarga TGF - β , yang ditunjuk BMP - 4 , menunjukan pembentukan mesoderm ventral dengan mengorbankan dorsal mesoderm ( Graff et al , 1994 ; . Hawley et al , 1995; . Schmidt et al , 1995 . ) . BMP - 4 sinyal menjadi kritis setelah pertengahan blastula transisi dan akan dibahas dalam konteks induksi saraf ( lihat bagian 12.5 ) anggota. TGF - β dan β - catenin Mei bertindak combinatorially dalam mendorong spemanns itu Organizer sesuai dengan hipotesis sederhana menjelaskan asal-usul organizer Spemann , para β - catenin jalur tindakan combinatorially dengan sinyal FGF dan keluarga TGF - β . ( Kimelman et al , 1992; . bulan dan Kimelman , 1998) Bukti jelas mendukung hipotesis ini digambarkan oleh Watanabe dan rekan ( 1995) , yang menganalisis aktivasi goosecoid⁺ , gen khusus dinyatakan dalam gen organizer.Like lainnya , goosecoid⁺ memiliki wilayah pengawas dengan beberapa elemen respon yaitu, urutan nukleotida yang berinteraksi dengan protein yang disandikan oleh gen siamois⁺ dan twin+ , yang pada gilirannya diaktifkan langsung oleh kompleks β - catenin / Tcf seperti yang dibahas sebelumnya (lihat fig.9.21 ) . Dengan demikian , gen spesifik organizer diaktifkan oleh kombinasi TGF - β dan β - catenin .

9.8 Penentuan Kiri-Kanan Asimetri

Sebagai salah satu dapat dengan mudah menguji dengan sepasang tangan atau sarung tangan, mereka dapat disejajarkan dengan paling banyak dua, tapi tidak pernah dengan ketiga, kapak mereka. Setiap dua benda dengan properti ini berbeda dalam kiralitas mereka, atau wenangan, dan setiap objek tiga dimensi dengan tiga sumbu-polaritas molekul, sarung tangan, mobil ada atau bisa dibuat dalam dua versi yang berbeda hanya dalam wenangan mereka. Kedua versi ini disebut tangan kanan (R) atau kidal (L) oleh beberapa hubungan alam atau didefinisikan berubah ke tangan kita. Molekul yang berbeda hanya dalam wenangan mereka dikenal sebagai stereoisomer dan sifat fisik dan fisiologis yang berbeda. Sebagai contoh, L-ascorbic acid, juga dikenal sebagai vitamin C, melindungi manusia terhadap penyakit kudis sedangkan stereoisomer nya, asam D-askorbat, tidak memiliki efek ini.

            Kebanyakan hewan bilateral simetris relatif terhadap bidang median, yang didefinisikan oleh anteroposterior dan sumbu dorsoventral (Fig.9.2). Bagian lateral hewan simetris bilateral juga memiliki polaritas mediolateral karena medial dan lateral struktur mereka, seperti tulang belakang dan tulang rusuk dari vertebrata, berbeda. (Sebaliknya, potongan persegi kue, dengan kerak di satu sisi dan icing pada satu permukaan, akan memiliki tepat satu median pesawat sepanjang yang bisa dipotong menjadi dua bagian yang sama, tetapi bagian ini tidak akan selalu memiliki polaritas mediolateral. ) sisi kiri dan kanan hewan simetris bilateral berbeda dalam wenangan mereka karena sumbu mediolateral mereka menunjuk dalam arah yang berlawanan.

            Dalam banyak disebut organisme bilateral simetris, beberapa organ dalam, seperti lambung dan hati, diposisikan asimetris. Fenomena ini dikenal sebagai asimetri kiri-kanan. Mungkin dikatakan bahwa organ internal hanya melipat sendiri asimetris karena ini adalah cara yang paling ekonomis kemasan tumbuh jeroan ke dalam rongga tubuh volume terbatas. Manfaat ini, bagaimanapun, juga akan dicapai dengan asimetri acak, dengan organ asimetris diposisikan secara acak salah satu cara yang lain. Asimetri kiri-kanan yang berorientasi dengan cara yang sama di hampir semua anggota suatu spesies. Dalam kebanyakan manusia, misalnya, perut biasanya kurva ke kiri sementara sebagian besar hati dan seluruh limpa terletak di sebelah kanan. Dengan kata lain, sebagian besar organisme menunjukkan asimetri biasa yaitu, kiri-kanan asimetri yang berorientasi secara konsisten.

            Bagaimana reguler asimetri kiri-kanan muncul? Pertanyaan ini tidak hanya menarik bagi para ilmuwan yang ingin tahu tentang fenomena alam dasar tetapi juga medis yang relevan. Gangguan dalam pengembangan asimetri kiri-kanan dapat mengakibatkan situs inversus (pembalikan lengkap dari asimetri kiri-kanan reguler di semua organ), heterotaxis (hanya beberapa organ milik), atau Isomer (biasanya organ asimetris yang diduplikasi atau hilang). Di antaranya, hanya kasus yang jarang lengkap situs inversus tidak berhubungan dengan masalah kesehatan, sedangkan kelainan lain cenderung serius atau mematikan.

            Dalam banyak spesies orientasi asimetri relatif kanan-kiri dengan dua tubuh lainnya kapak cukup kuat untuk menahan manipulasi eksperimental. Dua studi, satu dilakukan dengan katak dan yang lainnya dengan landak laut, akan menggambarkan hal ini. Sumbu dosroventral di Xenopus dapat dihapuskan oleh radiasi UV dari wilayah kutub vegetal sebelum rotasi kortikal, seperti yang dibahas dalam bagian 9.5. Setelah penyinaran dengan dosis UV yang lemah, embrio berkembang dengan mengurangi struktur dorsal dan anterior, dan embrio tersebut juga menunjukkan pembalikan kiri-kanan jantung perulangan (Danos dan Jost, 1995). Frekuensi pembalikan kiri-kanan berkorelasi dengan tingkat keparahan kerugian di anterior dan dorsal struktur.

            Ketika dorsal dan ventral bagian dari embrio landak laut dipisahkan pada tahap 16 sel, kedua bagian berkembang menjadi larva biasanya proporsional. Selain itu, percobaan nasib-pemetaan menunjukkan bahwa setengah ventral mempertahankan kedua nya hewan nabati sumbu dan sumbu dorsoventral.Dorsal setengah juga mempertahankan sumbu hewan-tumbuhan sementara seringkali membalikkan sumbu dorsoventral nya. Dalam kasus-kasus di mana sumbu dorsoventral membalikkan begitu juga sumbu kiri-kanan. Hal ini ditunjukkan dengan posisi kelainan yang menimbulkan landak laut dewasa, yang selalu berkembang di sisi kiri dari larva (McCain dan McClay, 1994). Dengan demikian, embrio sumbu dorsoventral terbalik tetap mempertahankan ketahanan normal mereka. Pengamatan serupa telah dibuat dengan embrio dari  cacing gelang chaenorhabditis (Priess dan Thomson, 1987; Wood, 1991).

            Spesifikasi tergantung dari kiri-kanan asimetris mencoba relatif terhadap dua sumbu tubuh lainnya telah membimbing formulasi hipotesis og tentang asal-usul og asimetri kiri-kanan dalam pembangunan. Huxley dan deBeer (1963) mengemukakan bahwa arus listrik yang mengalir dari anterior ke posterior akan menciptakan medan magnet melingkar berorientasi dari kanan ke kiri dan dari bagian punggung kiri ke  kanan bagian perut. Brown dan Wolpert (1990) menunjukkan bahwa setiap stereoisomeric berorientasi relatif terhadap anteroposterior dan sumbu dorsoventral molekul akan menentukan polaritas kanan kiri, yang menurut pikiran dapat diterjemahkan ke dalam asimetri selular dan organism. Data genetik dan molekuler pada membiarkan kanan asimetri pada tikus dapat ditafsirkan dari segi model kedua (Lev n dan Mercola, 1998; Yost, 1999; Capdevila et al, 2000.).

            Pada tikus, beberapa gen yang diketahui mempengaruhi asimetri kiri-kanan. Salah satunya, situs inversus viscerum + (iv +) diketahui dari mutan di mana sekitar setengah dari homozigot menunjukkan situs inversus (Hummel dan Chapman, 1959). Oleh karena itu, Gen  iv+ tampaknya terlibat dalam berorientasi asimetri kiri-kanan. Dengan tidak adanya iv⁺ fungsi, asimetri masih berkembang, namun sejajar dengan sumbu tubuh lainnya dihapuskan.

            The iv⁺ gen dan protein yang produknya telah ditandai ( Supp et al . , 1997. 1999) . Protein Iv , juga dikenal sebagai kiri-kanan dynein ( LRD ) , adalah bagian utama dari protein multisubunit dikenal sebagai dyneins . Dyneins adalah protein mikrotubulus terkait yang dapat diklasifikasikan sebagai axonemal atau sitoplasma . Dyneins Axonemal memediasi geser antara mikrotubulus yang berdekatan , sehingga menyebabkan gerakan berorientasi flagella dan silia (lihat gbr 2.7 ) . Dyneins Cytosplasmic adalah protein motor yang mengangkut kargo seluler menjelang akhir minus mikrotubulus ( lihat Gambar 2.9 ) . Ketidakhadiran para dyneins ciliary diduga menyebabkan sindrom Kartagener pada manusia , yang meliputi imobilitas sperma dan sering bronkitis disebabkan oleh kegagalan untuk membersihkan lendir dari trakea dan bronkus ( Afzelius , 1976) . Oleh karena itu sangat menarik untuk mengamati bahwa silia tertentu dalam homozigot mutan iv embrio + / iv -tikus bergerak ( supp et al . , 1999) . Silia ini , yang dikenal sebagai monocilia , terletak di pertumbuhan kritis di daerah embrio tikus yang disebut simpul Hnesen , atau node untuk menembak.

            Gen mouse lain bernama inversi embrio (inv⁺) karena gangguan atau gen ini menyebabkan fenotipe mencolok selama embriogenesis awal: mutan homozigot membuat giliran berlawanan dalam rongga ketuban, sedangkan heterozigot dan tipe liar embrio membuat turn searah jarum jam (Yokoyama et al., 1993). Kemudian selama pengembangan, hampir 100% dari semua iv-/iv- individu mengembangkan inversus situs dikombinasikan dengan pembesaran limpa dan ginjal sangat abnormal. Pembalikan asimetri kiri-kanan di hampir semua iv-/iv- individu adalah berbeda dengan terjadinya situs inversus di sekitar setengah dari individuals.The perbandingan iv-/iv- menunjukkan bahwa orientasi asimetri kiri-kanan acak oleh kurangnya iv + tapi benar-benar terbalik oleh kurangnya inv⁺. Inv⁺ gen mengkode protein baru kemungkinan besar terletak di sitoplasma sel (Mochizuki et al., 1998). Mekanisme dimana protein inv dapat mempengaruhi asimetri kiri-kanan masih perlu dijelaskan.

            Kedua iv + dan iv + bertindak melalui nodal + gen , yang mengkodekan sinyal protein antar kedekatan TGF - β . Nodal protein yang terlibat dalam menentukan asimetri kiri - kanan tikus , ayam , katak dan ikan zebra ( Collignon et al , 1996; . Levin et al , 1995; . Lohr et al , 1997; . Rebagliati et al , 1998. ) . Protein ini syhntesized di kiri lateralis piring mesoderm , yang sebagian besar memberikan kontribusi untuk struktur bilateral simetris sementara beberapa mesoderm berdekatan menimbulkan struktur asimetris . Pola ekspresi nodal⁺ pada tikus diubah iv - dan inv - mutan (Gambar 9.23 ; . Lowe et al , 1996; Meno et al , 1996. ) . Ekspresi ektopik dari nodal di sisi kanan pada ayam randomizes orientasi hati perulangan ( Levi et al . , 1997) . Pada Xenopus , manipulasi eksperimental yang mengganggu pengembangan struktur dorsoanterior tidak hanya menyebabkan pembalikan hati perulangan , seperti yang dibahas sebelumnya , tetapi juga mempengaruhi ekspresi lateral dari nodal terkait gen Xenopus , Xnr - 1 + ( Lohr et al . , 1997) . Tampak bahwa nodal + gen mungkin terlibat dalam membangun asimetri kiri kanan dalam banyak atau semua vertebrata meskipun kontrol ekspresi + nodal mungkin berbeda antara kelas vertebrata ( Yost , 1999 ) .

Gambar 9.23 ekspresi lateralized dari nodal⁺ gen dan ketergantungannya pada aktivitas inv⁺. Foto ini menunjukkan dua embrio tikus, berorientasi dengan anterior dan dilihat bagian punggung, sehingga sisi kiri setiap embrio adalah arah kiri di figure.warna ungu yang dihasilkan oleh probe hibridisasi in situ (lihat Metode 8.1) ke mRNA nodal . Kedua embrio diperoleh dengan menyilangkan dua heterozigot (inv /+) orang tua. Keturunan(sebelah kiri dalam gambar) membawa setidaknya satu tipe liar alellle (inv +) mengungkapkan nodal⁺ dalam mesoderm lateral pada sisi kiri kontras body.mereka homozigot mutan inv keturunan inv / (ke kanan dalam gambar) mengungkapkan nodal + di bagian kanan tubuh mereka.

Menjadi protein disekresikan, nodal cocok untuk interaksi seluler. Namun, karena asimetri kiri-kanan mungkin melibatkan perubahan dalam exspression banyak gen, satu mungkin kecuali gen protein regulator untuk terlibat dalam rantai sinyal. The pitx2⁺ gen mengkode regulator transkripsi dari kekeabatan bicoid dan dinyatakan. Di sisi kiri dari mesoderm lateral , tabung jantung dan usus ayam tikus, dan katak embrio (Ryan et al, 1998;. Campione, 1998). Penghambatan atau ekspresi ektopik dari Pitx2⁺ mengganggu asimetri kiri-kanan. Ekspresi Pitx2 ⁺ tergantung pada kegiatan iv⁺, inv⁺ dan nodal+, menunjukkan bahwa gen ini hulu Pitx2⁺ dalam hirarki genetik yang mengendalikan asimetri kiri-kanan.

Singkatnya, jelas bahwa sumbu polaritas terbentuk dalam berbagai cara. Bahkan dalam satu spesies, Xenopus, tiga sumbu tubuh ditetapkan pada tahap perkembangan yang berbeda dan dengan tahap perkembangan yang berbeda dan dengan mekanisme yang berbeda. Transport berorientasi molekul dan organel selama oogenesis memainkan peran penting dalam membangun anteroposterior sumbu masa depan. Pembentukan sumbu dorsoventral melibatkan penyusunan ulang sitoplasma utama termasuk rotasi kortikal setelah pembuahan. Asal asimetri kiri kanan adalah meskipun mengandalkan molekul tangan yang menentukan polaritas kanan kiri Jika mereka berorientasi berkaitan dengan anteroposterior dan sumbu dorsoventral. Dengan orientasi gerakan organel seluler, seperti silia, wenangan molekul berorientasi dapat menyebabkan transportasi berorientasi sinyal, yang pada gilirannya dapat langsung asimetri kiri-kanan dalam ekspresi gen dan pengembangan morfologi.

RINGKASAN

Sebagian besar organisme memperoleh satu sumbu tubuh yang lebih dalam proses pembentukan. Cokelat alga Fucus memiliki telur bulat sempurna di mana satu sumbu berkembang antara talus masa depan dan talus masa depan dan rhizoid masa depan. Sumbu ini dapat ditentukan dengan masuknya sperma atau oleh faktor lingkungan, seperti cahaya. Masa pembentukan sumbu, ketika sumbu talus rhizoid diatur dengan cara awal, diikuti dengan periode sumbu fiksasi, ketika sumbu tersebut didirikan. Axis formasi dengan hasil cahaya dalam akumulasi labil dari Ca + saluran, Ca2 + dan mikrofilamen di kutub rhizoid. Faktor-faktor ini mendorong perubahan lokal dalam komposisi dinding sel, yang sinyal kembali ke sel, memberikan isyarat berorientasi untuk posisi dari mitosis spindle pertama.

Metozoa adalah, untuk sebagian besar, bilateral simetris dan memiliki tiga sumbu tubuh: anteroposterior, dorsoventral, dan kiri kanan. Pada Xenopus, sumbu anteroposterior berkembang dari vegetal sumbu hewan, yang berasal selama oogenesis. Sumbu dorsoventral terbentuk setelah pembuahan dan tetap sebelum pembelahan pertama. Isyarat molekuler untuk asimetri kiri-kanan telah terdeteksi selama blastula dan tahap gastrula awal.

Vegetal hewan polaritas dalam telur amfibi menentukan organisasi spasial dasar-dasar lapisan kuman selama tahap blastula. Kebanyakan dari setengah hewan bentuk blastula ektoderm, dan sebagian besar vegetal setengah dari endoderm, sementara zona marjinal di antara kenaikan memberi ke mesoderm. Pembentukan mesoderm didasarkan pada induksi embrio, prinsip meresap pembangunan. Hal ini didefinisikan sebagai interaksi antara sel-sel non equivalent di mana salah satu pasangan mengubah nasib pasangan merespons. Dalam hal ini endoderm menginduksi sel-sel marginal, yang dinyatakan akan membentuk endoderm, untuk membentuk mesoderm gantinya. Perilaku tertentu dari lapisan kuman selama gastrulasi mengubah asli hewan vegetal polaritas telur ke dalam pola tubuh anteroposterior dari embrio pasca gastrula.

Sumbu dorsoventral dalam bentuk embrio amfibi setelah pembuahan . Titik masuk sperma mengarahkan penyusunan ulang cytosplasmic termasuk rotasi telur korteks relatif terhadap endoplasm tersebut . Meridian pengungsian kortikal terbesar, sebaliknya titik kosong sperma , menjadi garis tengah dorsal embrio . Selama rotasi kortikal , komponen cytosplasmic awalnya terletak di dekat kutub vegetal diangkut sepanjang mikrotubulus ke sisi dorsal calon embrio . Di sini , mereka berinteraksi dengan mesoderm faktor merangsang sel-sel dalam menentukan marginal untuk membentuk struktur mesodermal dorsal , di notochord tertentu. Calon tulang belakang , juga dikenal sebagai penyelenggara Spemann itu , menginduksi ektoderm tetangga untuk membentuk jaringan saraf . Penyelenggara juga menginduksi mesoderm yang berdekatan untuk membuat lateral yang bukan struktur ventral , sehingga menghasilkan spektrum penuh organ mesodermal bersama untuk sumbu dorsoventral . Rantai molekul peristiwa yang mengarah pada pembentukan organizer semms Spemann untuk menyertakan β-catenin , yang bertindak sebagai bagian dari faktor transkripsi yang menjadi terbatas ke inti sel dorsal pada tahap blastula .

Asal usul asimetri kanan kiri di metazoan mungkin didasarkan pada molekul stereoisomeric berorientasi yang mendefinisikan polaritas kanan kiri jika mereka berorientasi sehubungan dengan sumbu tubuh anteposterior dan dorsoventral. Pada tikus dan vertebtrata lainnya, beberapa gen telah lateralized ekspresi paterns dan mengontrol perkembangan asimetri kanan kiri. Kegiatan ini gen lateralized mungkin dipicu oleh sinyal yang dibawa arus, dari kanan ke kiri, cairan ekstraselular meliputi Hensen node, area pertumbuhan yang kritis embrio tersebut. Aliran tampaknya didorong oleh gerakan berorientasi silia tertentu, yang pada gilirannya tampaknya tergantung pada keberadaan molekul-molekul dynein berorientasi dan diserahkan.