발생생물학

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1 8 장척추동물의초기발생 : 양서류와어류초기발생과축형성

2 양서류의초기발생수정과피질회전 : 수정은동물반구어디에서나가능함 정자침입지점은유생 ( 올챙이 ) 의등 - 배축의방향을결정 정자침입지점이배아의배쪽면이되고그반대쪽이등쪽면이됨 정자의중심체는난자의미세소관을조직하고식물세포질에서평행한배열을유발하여난황이많은내부세포질에서바깥쪽 ( 피질 ) 세포질을떼어놓음 ( 그림 8.2) 피질세포질은안쪽세포질에대해약 30 회전함 일부알에서정자침입지점의반대편가장자리부분에안쪽의회색세포질이노출되는데이를회색신월환 (gray crescent) 이라함 회색신월환은낭배형성이시작되는장소 난자의미세소관의배열은올챙이의등 - 배축과앞 - 뒤축형성을시작함

3 불균등한방사형완전난할 : 대부분의개구리와도룡뇽의배아는극피동물과같이방사대칭형완전난할 식물극에난황이매우많아불균등하게일어남 첫번째분열은동물극에서시작하여식물극으로천천히경할이일어나며회색신월환을 2 등분함 ( 그림 8.3) 난황이풍부한식물극은동물극에비해분열속도가느림 첫번째분열홈이식물극에서진행되는동안두번째난할로경할이동물극에서시작함 세번째분열은수평 ( 위할 ) 으로일어나며난황으로인하여분열면은적도면이아니라동물극에치우침

4 개구리수정란은동물극에 4 개의작은할구 ( 소할구 ) 와식물극에 4 개의큰할구 ( 대할구 ) 로나누어짐 12 번째분열까지는식물극쪽난할이약간지연되나전체할구는거의동일한속도로분열 동물극부위에는많은작은세포로채워지고식물극부위에는동물극에비해난황이많은대할구가적은수가분포 초기할구의세포주기는세포질에존재하는유사분열촉진인자 (mitosispromoting factor, MPF) 의농도에의해조절 12 번째까지의세포분열에서는세포주기에틈 (G1, G2) 이없으며성장이일어나지않음 개의할구를가진배아를상실배 (morula) 라함

5 128 세포기배아를포배 (blastula) 라함 첫번째분열홈은동물반구에서폭이넓어진후세포간밀착결합으로봉합되면서세포내에작은공간을형성 이공간은계속되는난활과정에서팽창하여포배강이됨 포배강역할 낭배형성과정에서안으로세포들이이동하는공간을제공 위층 ( 외배엽 ) 과아래층 ( 내배엽 ) 세포간의성급한상호작용을방지함 ( 포배강은피부와신경이될예정인세포와내배엽이될식물세포와의접촉을막음 ) 난할이진행되는동안수많은세포간접착분자들이할구를서로묶어줌 EP- 캐드히린 (cadherin, 난할과정중할구를묶어줌 ) 은세포간접착분자로이단백질 mrna 는난자의세포질에저장되어있다가배아로전달되며 EP- 캐드히린이형성되지않으면할구간의접착이급격히감소하고포배강은소멸함

6 포배중기로의이행 : 낭배형성준비 낭배형성의선행조건은배아유전체활성화임 대부분의핵유전자는 12 번째세포주기로부터발현시작 이때여러세포들이많은유전자의전사를시작하고할구는이동능력을획득하는데이를포배중기로의이행 (mid-blastula transition, MBT) 함 포배중기로의이행을촉발시키는작용은일부프로모터의탈메틸화임 포유류와달리양서류의제노프스 (Xenopus) 염색체가고도로메틸화되어있음 포배후기가되면포배중기로의이행에서활성화되는유전자프로모터에탈메틸화가일어남 특정프로모터의탈메틸화는포배중기로의이행에따른유전자발현시기조절에매우중요함

7 양서류의낭배형성제노프스 (Xenopus lavis) 의낭배형성과정개구리운명지도 포배는내배엽기관을형성할부위를안쪽으로끌어들이고외배엽을형성할세포들은바깥쪽을감싸고이들두배엽사이에중배엽세포가위치함 Xenopus 포배의세포는안쪽과바깥쪽에있느냐에따라운명이달라짐 중배엽전구체세포는안쪽에존재하며내외배엽전구체는표층에서위치 척삭과다른중배엽조직의전구체는배아의적도면과그주변표면바로아래에위치 도룡뇽과 Xenopus 이외개구리에서는척삭과중배엽전구체는표면세포에위치

8 식물회전과병세포함입 낭배형성은배의등쪽이될회색신월환부위 ( 적도바로아래 ) 에서시작 ( 그림 7.7) 잠재적내배엽세포들은갈라진틈형태의원구를형성하기위해함입 ( 그림 8.6) 각세포는배아안쪽으로이동하며일부세포는가는돌기에의해바깥쪽과연결되어호리병모양을한병세포 (bottle cell) 가형성 병세포는초기의원장 ( 초기소화관 ) 형성을유도

9 성게는낭배형성이식물극중앙에서시작되나양서류는주변대 (marginal zone) 로불리우는적도부위 ( 동물반구와식물반구가만나는장소 ) 에서시작 도룡뇽에서는병세포가낭배형성초기움직임에적극적인역할개구리의경우병세포는내배엽이될주변대의함입시작에중요한역할을하나낭배형성에반드시필수적이지않음 병세포가형성되기전에내배엽과중배엽에서안쪽세포는포배강의등쪽면세포를동물모자 ( 예정외배엽 ) 로향하도록배열하는데이를식물회전 (vegetal rotation) 이라하며이는원장형성에필수적임 ( 그림 7.8)

10 원구입술의회전 병세포함입이후주변대세포의회절과동시에동물세포는외적을하여원구로모임 주변대세포들은원구의등쪽입술 (dorsal lip of blastopore) 에도달하여입술이된다음바깥족동물반구세포의내면을따라계속안으로들어감 등쪽입술을구성하고배아속으로들어가는첫번째세포는나중에앞창자가되는예정인두내배엽임 등쪽의원구입술은척삭중배엽 (chordamesoderm) 의세포로척삭 (notochord) 을형성함 초승달모양의원구가넓어짐에따라측면입술과배쪽입술이형성됨 모든내배엽의세포는배아안쪽으로들어가고외배엽세포는표면을감싸게되며중배엽은내외배엽사이에서발생

11 등쪽중배엽의수렴확장 회절을등쪽에서시작하여인두내배엽과머리중배엽을유도 원구입술은등쪽측면에서측면, 배쪽으로확장되며예정된심장, 콩팥, 배쪽중배엽이원구속으로들어감 심층세포가원구입술에도달하면심층세포는배아속으로회절을하고두번째끼어들기가시작됨 끼어들기는정중면을따라몇가지의중배엽흐름을통합하여길고가는띠모양의수렴확장 (convergent extension) 을유발 ( 그림 8.10) 중배엽의흐름은동물극으로계속이동하고그위층의병세포들포함하는표층세포는동물극쪽으로끌려가원장의내배엽지붕을형성

12 등쪽중배엽의수렴확장에작용하는힘첫번째요인 극성화된세포부착 회절중인중배엽세포는서로접촉하며앞으로돌출 세포외기질인피브로넥틴이필요 2. 두번째요인 선택적인세포접착작용 접착단백질인축엽원캐드히린 (paraxial protocadherin, 예정척삭세포가축성중배엽에서분리유도, 수렴확장으로척삭의축형성 ) 축성원캐드히린 (axial protocadherin, 예정척삭세포가축성중배엽에서분리되는것을방해. 수렴확장차단하고정상적인축형성차단, 머리중배엽형성 ) 3. 세번째요인 칼슘작용 칼슘의유입으로액틴미세섬유수축을조절하여수렴확장을일으킴 칼슘은세포내의소포체에서방출

13 예정외배엽의외적 낭배형성중에동물모자와비회절주변대 (noninvoluting marginal zone, NIMZ) 세포는전체배아를덮기위해외적으로확장함 이들세포가표면외배엽을형성 원구의등쪽입술로들어가는세포는중앙등쪽중배엽 ( 척삭과체절 ) 이되며배쪽과측면의원구입술로들어가는중배엽세포 ( 심장, 콩팥, 혈액, 뼈등 ) 는중배엽외투를형성 원구의흔적부위로외배엽과내배엽이만난장소가항문이됨

14 양서류축의점진적인결정 수정이전의난은동 - 식물축을있는극성을가짐 ( 수정이전의난자에서배엽표시가가능 ) 동물반구표면은외배엽 ( 피부와신경 ), 식물반구의표면세포는내배엽 ( 소화관과관련된조직, 허파 ), 적도부근 ( 주변대 ) 의내부세포질은중배엽 ( 혈액, 심장, 콩팥, 색식소, 뼈, 근육, 연결조직등 ) 의세포가될것임 일반적인운명지도는난자에서전사인자인 VegT(TGF(Transforming growth factor)-β 국소분비인자를암호화하는배아유전자전사활성화 ) 와 Vg1 에의해결정되며이들단백질의 mrna 는식물반구피질에분포함 ( 그림 8.14) 앞 - 뒤, 등 - 배, 좌 - 우축은수정과정에서약속되며낭배형성과정에서실천됨 배아등쪽 ( 정자침입반대쪽 ) 이확립된후회절중인중배엽의이동이앞 - 뒤축을확립함

15 쌍둥이유생발생실험 : 조절발생의유도작용초기양서류핵은유전적으로동등하며각할구는전체배아로발생할수있음 ( 그림 7.14)

16 첫번째난할면에직각으로묶으면배아의등이될부분은정상유생으로발생하나복부편 ( 회색신월환이없음 ) 은세포덩어리로발생하여신경계, 척삭및체절의발달이없음 정자침입지점반대편에위치한회색신월환 ( 정상적인배아로발생하는데있어필수적인요소 ) 을가진할구에서정상적인발생을함 ( 그림 8.16). 낭배형성을시작하는세포는회색신월환에서유래함

17 영원의낭배초기세포는최종운명이배아내위치에따라결정되므로조건발생 ( 조건부혹은의존적발생 ) 낭배후기에는이식된조직은새로운위치에따라분화하지않고자동적발생 ( 독립적혹은모자이크발생 ) 이들세포의예정운명은결정된상태 ( 그림 8.16, 표 8.1) 세포의운명은낭배형성초기와후기사이의어느시점에서형성됨 초기낭배의모든조직가운데오직한부위인회색신월환에서유래한원구입술부분만이결정된운명을가짐

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19 형성체 (organizer) 등쪽원구입술세포와그부분에서유도된조직들 ( 척삭과머리내중배엽 ) 10 개의세포로구성된초기형성체는정자침입지점반대편에위치 등쪽을알리는신호와중배엽임을알리는신호가만나는지점에있어야함 등쪽입술세포가등쪽축과신경관을유도하는과정을 1 차배아유도라부름

20 양서류축결정의기작 등쪽신호 : β- 카데닌 중배엽이동물극과식물극사이의경계에있는주변대 ( 적도면 ) 세포에서형성체가생성 새로생긴중배엽의특징은바로아래에위치한식물세포 ( 예정내배엽 ) 에의해유도됨 ( 그림 8.19) 배에서적도부근의세포 ( 예정중배엽 ) 를제거하면동물모자 ( 예정외배엽 ) 와식물모자 ( 예정내배엽 ) 의어느부분에서도중배엽이생성되지않음

21 배쪽과측면의식물세포 ( 정자침입지점과가까운부위 ) 는복부 ( 간충조직, 혈액 ) 와중간 ( 근육, 콩팥 ) 중배엽을유도하고등쪽에가까운식물세포는형성체특징을가지는등쪽중배엽 ( 체절, 척삭 ) 을결정 형성체를유도할능력을가진등쪽가까운식물세포를뉴쿱센터 (Nieukoop center) 라함 등쪽식물세포만이동물세포에서등쪽중배엽조직을유도할수있음 등쪽가장가까운식물세포에서뉴쿱센터의형성을유도하는인자는 β- 카테닌 (Wnt 경로에의해유도됨 ) 임 β- 카테닌은전사인자이면서세포막캐드히린의고정자로작용하며성게의경우소할구예정화와등쪽조직의형성을책임짐

22 제노프스 (Xenopus) 배아의 β- 카테닌 처음에는모계 mrna 를사용하여배아전체에서합성 수정시세포질이동으로등쪽부위에축적되고초기난할중에는뉴쿱센터와형성체부위에축적 β- 카테닌은수정과정에서정자침입반대편에서 Disheveled(Dsh) 와 GBP(GSK3-binding protein) 단백질이미세소관에서떨어져나와장차등쪽이될부위에서 GSK3(glycogen synthase kinase 3, β- 카테닌파괴 ) 을불활성화시켜 β- 카테닌은등쪽에서축적되고배쪽에서는파괴됨

23 식물극의 nodal 동종신호 TGF(Transforming growth factor)-β 계열의단백질은주변대에서중배엽이될세포를유도 식물세포에분포하는 TGF-β 계열단백질합성모계 mrna 인 Vg1 과 VegT 는전사인자인액티빈 (Activin), Derriere, Nodal 단백질 ( 좌 - 우형태화단백질 ) 을합성분비하도록내배엽에지시 형성체세포를특징짓는유전자활성인자는중배엽형성에필수적인인산화된 Smad2 전사인자임 Smad2 는중배엽바로아래에있는식물세포가분비하는국소분비인자인 Nodal(Nodal-related) 에의해인산화됨 Vg1 과 Nodal 은동일경로 (Smad2 의활성화 ) 을경로를통해작용함 β-catenin 의농도가높을수록 Nodal 단백질이활성화됨 형성체의가장앞쪽 ( 인두내배엽 ) 이될부분에서 Nodal 단백질의농도가가장높아가장높은농도의활성 Smad2 을형성

24 Smad2 는 hhex 유전자를활성화하고생성된 Hhex 는 Twin 과 Siamois 와함께일련의유전자를활성화시킴 이로인해인두내배엽을앞창자와앞쪽뇌로발생하도록예정화함 약간낮은농도의 Smad2 는초기척삭중배엽과척삭이될 goosecoid 를발현시킴 낮은농도의 Smad2 는측면및중배엽의형성을유도함 등쪽중배엽과형성체형성은상호교차경로에는 Siamois 와 Twin 전사인자의유전자를활성화하는 Wnt/ β-catenin 경로와 Vg1 과 Nodal 국소분비인자발현을활성화하고이어바로위해있는중배엽세포에서 Smad2 전사인사를활성화하는경로가있음 고농도의 Smad2 와 Siamois/Twin 전사인자는등쪽중배엽세포에작용하여형성체성질을부여하는유전자를활성화시킴 ( 그림 )

25 형성체기능 형성체는등쪽중배엽이되며등쪽중배엽은중추신경계의형성을유도함 표피유도를차단 신경관의유도뿐만아니라신경관의각부위를결정함 형성체의 4 가지주요기능 1. 등쪽중배엽이초기척삭판과척삭중배엽으로스스로분화하는능력 2. 주변에위치한중배엽을축엽 ( 체절형성 ) 중배엽으로등쪽화시키는능력 3. 신경관의형성을유도하고외배엽을등쪽화하는능력 4. 낭배형성의이동을시작하는능력

26 배아의등 - 배축형성 ( 등쪽부위가확립 ) 이후앞 - 뒤축이형성 회절하는중배엽의이동으로앞 - 뒤축이성립 등쪽의원구입술에서최초로이동하는중배엽은앞쪽 ( 머리 ) 구조로발달 측면과배쪽입술에서이동하는중배엽은뒤쪽 ( 꼬리 ) 구조를형성함 형성체가 4 종류의세포로구성 1. 인두내배엽 앞뇌와중뇌유도 2. 머리중배엽 초기척삭판 3. 등쪽중배엽 (1 차척삭 ) 뒤뇌와몸통유도 4. 원구등쪽입술 등쪽중배엽을형성하고꼬리의끝부위를유도하는척삭신경의경첩형성

27 신경외배엽과등쪽중배엽의유도 : BMP 억제인자 외배엽에서피부를유도하는물질은뼈의형태발생단백질인 BMP(bone morphogenetic protein) 임 신경계는이러한표피유도가차단된외배엽의영역에서형성 외배엽에서부위형성은다음 3 가지중하나 1. 외배엽이정해진운명에따라신경조직이되는것 2. 배아의일부부위가 BMP 를분비하여외배엽에서표피조직이되도록유도 3. 형성체조직이 BMP 를방해하는분자를분비하여 BMP 억제인자에의해보호된외배엽을신경조직화함

28 형성체가분비하는단백질 Noggin 배아에서등쪽화를유도하는형성체단백질 등쪽외배엽에서신경조직을유도 배쪽중배엽이될중배엽세포를등쪽화시킴

29 Chordin Noggin 처럼 chordin 도 BMP2 및 BMP4 와결합하여 BMP 의작용을차단함 척삭발생을유도 Follistatin 액티빈 ((Activin)) 과 BMP 의억제자 외배엽을신경조직으로유도 Norrin BMP 억제자로난자의동물부위에존재 낭배에서앞쪽의등쪽외배엽 ( 머리 ) 이될등쪽동물세포에흡수됨 형성체와이웃한곳에서세포자동방식으로 BMP 를차단하여외배엽이신경조직으로되게함

30 신경유도의영역별특이성 영역차이의결정 신경관을이루는앞뇌, 뒤뇌, 척수등은앞 - 뒤방향으로정확하게배치됨 형성체는신경관의유도뿐만아니라신경관의각부위를결정함 원장지붕 (4 개부위로구성 ) 의가장앞부위는평균체 (balancer) 와구강기관의일부를유도 다음부위는코, 눈, 평균체및귀소포를포함하는머리구조유도 3 번째부위는뒤뇌의구조를유도 가장뒤쪽부위는등쪽몸통과꼬리중배엽을유도 낭배형성초기에가장먼저들어가는형성체세포는뇌와머리형성을유도 나중에원구입술을형성하는세포는척수와꼬리가될세포유도

31 표피유도인자 : BMP 들표피유도인자는 BMP4(Bone morphogenetic protein) 이며 BMP2, BMP7, ADMP(anti-dorsalizing morphogenetic protein: 등쪽화차단형태발생단백질, BMP 유사국소분비인자 ) 등과매우유사함

32 머리유도자 : Wnt 억제자 뇌와머리의가장앞쪽영역은척삭이아닌인두내배엽과머리 ( 초기착삭판 ) 중배엽이아래로위치 Wnt 단백질 ( 몸통구조유도, 앞 - 뒤쪽형태화 ) 생성을억제하고 BMP4 가차단되면가장앞쪽의머리구조가유도됨 Cerberus 가장앞쪽의머리구조유도는 Cerberus 분비단백질에의해이루어짐 Cerberus 는시멘트분비선 ( 올챙이외배엽의가장앞쪽부위 ) 눈, 후각기원판 (olfactory placode) 등의형성을자극함 Cerberus 유전자는초기등쪽입술의심층세포에서유래하는인두내중배엽에서발현

33 Frzb( 프리즈비 ) 와 Dickkopf 회절중인내중배엽에서합성되는머리형성유도단백질임 Frzb 는 Wnt 단백질과결합하며머리아래의내중배엽에서다량합성되며복부쪽꼬리구조발생을억제하고머리를형성함 Dickkopf 단백질은 Wnt 와 BMP 신호전달을차단하여머리형성유도

34 IGF(insulin-like growth factor) IGF 는앞쪽머리구조발달을촉진하는단백질로뇌와감각판을가진앞쪽신경관형성 IGF 는등쪽의정중선에주로집중되어있고 BMP 와 Wnt 신호전달경로를간섭하는 FGF(Fibroblast growth factor, 섬유모세포성장인자 ) 와유사한신호전환연쇄반응을유발

35 몸통유도 : Wnt 신호와레티노산 (Retinoic acid) 몸통예정화에작용하는극성인자의활성은배아의뒤쪽에서가장높고앞쪽으로갈수록약해지는기울기를가짐 신경관의뒤쪽화와관련된주된단백질은 Xwant8 과같은 Wnt 계열의국소분자인자임 Wnt 단백질의기울기는신경판의뒤쪽영역을정하는데필수적 양서류낭배에서 BMP 농도기울기가등 - 배축을결정하고동시에 Wnt 농도기울기는앞 - 뒤축을정함 Wnt 신호와 β- 카테닌의내부기울기는뒤쪽이가장높고가장앞쪽에는없음 ( 그림 8.33) 레티논산 (retinoic acid) 은신경판의뒤쪽끝이가장높은기울기를형성하고농도의존적으로신경관을뒤쪽화시킴 ( 그림 8.34)

36 좌 - 우축의결정 올쟁이는외관상좌우대칭이만심장과소화관같은몇몇기관은좌우로불균등하게분포 배아는좌 - 우축을가지고있음 모든척추동물은좌 - 우축형성을결정하는데는 nodal 유전자 ( 배아의왼쪽에위치한측판중배엽 ) 의발현에의함 제노프스의좌 - 우축을결정하는유전자는 Xnr1 로왼쪽에서만발현 이러한기능은수정시세포질회전에관여하는미세소관이좌 - 우축형성을유도하고그다음으로식물반구전구체에서발현되는 Vg1 단백질배아의왼쪽에서우선적으로활성화됨 Xnr1 단백질에의해발현되는 Pitz2 는 ( 배아의왼쪽에만위치 ) 심장과창자의위치를결정 Nodal 단백질이배아의왼쪽에서 Pitz2 의활성화로인해좌 - 우극성을확립

37 Zebrafish 의초기발생어류의초기발생 Zebrafish 는 1 년내내번식이가능 많은알을낳고쉽게자람 배아가투명하여관찰이쉬움 수정후 24 시간이경과하면대부분의조직과원기가기관원기를형성되고올챙이와비슷한형태로발달 ( 그림 7.37)

38 어류 (Zebrafish) 알의난할 단황난 (telolecithal) 으로알의대부분은난황으로채워져있음 난할은난황이없는동물극의좁은영역인배반 (blastodisc) 에서만일어남 세포분열은부분난할 (meroblastic cleavage) 을함 배반만배아로발생하기하기때문에원반형혹은접시형 (discoidal) 난할을함

39 10 번째난할초기에포배중기로의이행이시작 ( 배아유전자의전사가시작되고분열속도는느려지며세포의이동이시작 ) 포배중기로의이행단계에서세포는세집단으로구분 : 1. 난황다핵층 (yolk syncytial layer, YSL) 식물쪽가장자리에있는세포가아래에위치한난황세포와융합하여형성. 그후배반엽난황을감싸기위해식물극으로확장. 난황다핵층일부는배반엽아래로이동하여안쪽 YSL(internal YSL) 을형성하고나머지는계속식물극쪽으로이동하여배반엽의주변부에머물며바깥쪽 YSL(external YSL) 을형성. YSL 은낭배형성의일부세포이동의방향에영향을줌 2. 외막층 (enveloping layer, EVL) 배반엽의가장바깥쪽 ( 표면 ) 세포로구성. 배의보호막인외피가되며발생후벗겨져나감 3. 심층세포 (deep cell) 는배아로발생 초기배반엽의세포운명은결정되어있지않으며낭배형성이시작될때운명이결정됨 낭배시배아의특정부위세포는정해진길을따라발생하므로운명지도작성이가능

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41 어류배아의낭배형성 최초의세포이동은난황위로배반엽세포의외적임 초기단계는배반엽의심층세포가바깥쪽으로이동하여표층세포사이로끼어들고나중에이들세포는난황표면위식물극쪽으로이동하여난황을완전히감싸게됨 외적이진행되는동안배반엽의한면이다른면에비해눈에띄게두터워지는데이부분이나중에배아의등쪽면이됨 배엽의형성 배반엽세포가난황세포를반쯤덮을때두터워짐이외적중에배반엽주변부전체에서발생하며이를배반원 (germ ring) 이라함 바깥층은상배엽 (epiblast), 안쪽층은하배엽 (hypoblast) 으로구성 하배엽이구성되면상배엽과하배엽세포들은장래배아등쪽에서교차하며국부적으로두터워짐 ( 배방패, embryonic shield)

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43 배방패는양서류의등쪽원구입술과동일 배방패의하배엽세포는스스로앞쪽으로수렴확장하여하배엽등쪽정중선을따라좁아짐 ( 척삭중배엽형성 ) 척삭중배엽에이웃한세포는축엽중배엽으로중배엽인체절전구체 상배엽의수렴확장은등쪽의정중선을따라이루어지며신경용골과외배엽이됨 배반엽이난황의절반정도덮을때배아의운명지도가형성됨

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45 어류배아의축형성 등 - 배축의형성 : 배방패와뉴쿱센터 배방패 (embryonic shield) 어류의등 - 배축확립에매우중요 측면및배쪽중배엽을등쪽중배엽으로전환시킬수있음 외배엽을표피가아닌신경으로발달시킬수있음 양서류의형성체인등쪽원구입술과동일한역할 발생중인어류의배아초기척삭판과척삭을형성 신경외배엽유도 어류와양서류에서배아의배쪽과측면에서만들어지는 BMP 와일부 Wnt 단백질은외배엽을표피로유도하고척삭은이유도를차단하는인자를분비하여외배엽을신경이되게함

46 어류배아세포에서배측과측면의운명은 BMP2B 가유도하고배쪽, 측면, 뒤쪽의형성은 Wnt8 이유도 척삭중배엽이분비하는단백질인 Chordino 는 BMP2B 의활성을차단하여신경관을형성함 FGF 는외배엽을표피와신경영역으로형태화하는데중요한역할 ( 배반원에서나오며배아꼬리부분의외배엽이신경조직으로발달하게유도 ) Zebrafish 는불완전난할을하며다핵체인핵을가진거대한난황세포를가지나양서류는완전난할을하며포배강을가지는데배아의난할, 낭배형성, 축을정하는분자적수단등은유사함 β- 카테닌과 Nodal 관련단백질을이용하여등쪽중배엽을형성하고이중배엽에서형성체유전자가발현

47 BMP 와 Wnt 를사용하여배아의측면과배쪽을만들고형성체유전자는 BMP 와 Wnt 의작용을방해하는 Chordino, Noggin, Dickkopt 와같은단백질을암호화함 후기발생은특정 Wnt 신호를사용하여외배엽을뒤쪽화하여몸통신경관을형성 어류의뉴쿱센터 (Nieukoop center) 어류의배아에서배방패가위치하는난황의등쪽부분 배방패는양서류의형성체기능을하며배방패가될바로아래쪽에위치한난황다핵층의일부핵은다량의 β- 카테닌을저장하고있음 β- 카테닌의축적유무에따라등쪽 YSL 과측면및배쪽 YSL 이구분 (β- 카테닌축적은등쪽화가일어나제 2 의배아축형성 )

48 배방패의 β- 카테닌는 Tcf3(Transcription factor 3) 와결합함으로 Squint( 중배엽형성에작용하는 Nodal 유사한국소분자 ) 와 Bozozok( 뉴쿱센터의단백질인 Siamois 와유사 ) 단백질유전자를활성화 Bozozok 작용 1. 단독으로작용하여배쪽형성을촉진하는 BMP 와 Wnt 유전자발현억제 2. 다른세포에서활성화되어 bozozok 유전자발현을차단하는 vega1 유전자의발현을억제 3. Bozozok 와 Squint 는독립적으로 chordino 유전자발현 ( 척색발생유도 ) 을촉진하며동시에 goosecoid, noggin, dickkopf 유전자발현활성화이들유전자는 BMP 와 Wnt 의작용을차단하고등쪽중배엽과신경외배엽으로운명결정 모계의 β- 카테닌은낭배형성중에중배엽과내배엽세포이동에협력하는제 3 의경로를활성화시킴 배방패로부터유래된등쪽중배엽은뒤쪽에서척삭이되고앞쪽에서초기척삭판이됨 세포의이동으로수렴확장이일어나며 β- 카테닌에의해분비되는 Stat3 전사인자 ( 작은 GTP 분해호소 (GTPase = RhoA) 에의해발현이조절되며 GTPase 는세포극성평면경로 (plannar cell polarity pathway) 의중요한요소가되며이경로를따라세포는정중측면축을따라분화, 액틴세포골격을조직화 ) 로조절됨

49 방사형교차와방향성있는세포분열로인하여낭배형성과정에서수렴확장이일어남 Wnt 신호는수렴확장을통해배아축으로이동하는세포극성을조절함

50 Nodal 신호 : 등쪽축형성에매우중요 (Nodal 단백질의모계 mrna 는미세소관을따라 8- 세포기배아의등쪽에가까운 2 개할구로운반 ). 성체뿐만아니라내배엽형성에중요함 내배엽에서 Squint 와 Cyclops(Nodal 관련단백질 ) 의종류인 Bon 과 GATA5 전사인자 ( 후기포배시내배엽형성에관여하는유전자발현조절 ) 를유도 β- 카테닌과 Nodal 전사인자은등쪽요소를정함

51 앞 - 뒤축의형성 앞 - 뒤축의형태화는 FGF, Wnt, 레티노산 (Retinoic acid, 형태발생물질 ) 의상호작용으로일어남 기작은앞쪽유전자발현을억제하는 Wnt 신호와뒤쪽유전자활성에필요한 FGF 활성화 앞 - 뒤쪽조절은레티논산 ( 뒤쪽화유전화활성화촉진 ) 의분해효소 (retinoic acid-4-hydroxylase: 앞쪽 ( 머리 ) 유전자활성 ) 가함 FGF 와 Wnt 는 cyp26 을발현을방해하여머리예정유전자인 otx 2 의발현을억제하며레티논산축적이일어나고뒤쪽유전자가발현 Retinoic acid 신호를받지못하면앞쪽유전자가발현하고고농도의 RA 에노출되면뒤쪽유전자가발현되며중간농도에서는앞쪽과뒤쪽영역사이에있는세포의특징적유전자발현

52 좌 - 우축의형성 척추동물의좌우측은해부학적및발생학적으로다르며어류에서심장은왼쪽에위치하고뇌의좌우구조는다름 배아왼쪽에서국소분비인자 Notch, Nodal, Pitx 단백질발현 배아오른쪽세포는국소분비인자 Notch, Nodal 과 Pitx 전사인자의정보를받으며왼쪽세포는 FGF 신호전달에노출됨 섬모의구성성분인디네인 (Dynein) 유전자가좌 - 우축형성에관여함 Zebrafish 에서결절구조는좌 - 우비대칭을조절하는섬모인쿠퍼소낭 (Kupffer, s vesicle, 투명한액체로채워진기관, 낭배형성직후에배방패근처의등쪽세포에서발생 ) 을가짐

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