Molecular Mechanism of Somite Development

Yıl 2013, Cilt: 22 Sayı: 3, 362 - 376, 01.09.2013

Gülfidan Coşkun Hülya Özgür Sait Polat

Öz

From third week of gestation, notochord and the neural folds begin to gather at the center of the embryo to form the paraxial mesoderm. Paraxial mesoderm separates into blocks of cells called somitomers at the lateral sides of the neural tube of the head region. At the beginning of the third week somitomeres take ring shapes and form blocks of somites from occipital region to caudal region. Although somites are transient structures, they are extremely important in organizing the segmental pattern of vertebrate embryos. Somites give rise to the cells that form the vertebrae and ribs, the dermis of the dorsal skin, the skeletal muscles of the back, and the skeletal muscles of the body wall and limbs. Somitogenesis are formed by a genetic mechanism that is regulated by cyclical expression of genes in the Notch, Wnt and fibroblast growth factor signaling pathways. The prevailing model of the mechanism governing somitogenesis is the "clock and wave front". Somitogenesis has components of periodicity, separation, epithelialization and axial specification. According to this model, the clock causes cells to undergo repeated oscillations, with a particular phase of each oscillation defining the competency of cells in the presomitic mesoderm to form a somite. Any disruption in this mechanism can be cause of severe segmentation defects of the vertebrae and congenital anomalies. In this review, we discuss the molecular mechanisms underlying the somitogenesis which is an important part of morphogenesis.

Anahtar Kelimeler

Somite, somitogenesis, embryo, notch, Wnt, fibroblast growth factor

Somit Gelişiminin Moleküler Mekanizması

Öz

Gestasyonun 3. haftasından itibaren notokord ve nöral tüp şekillenirken, mezodermal germ tabakası hücreleri orta hat çevresinde gevşek bir doku katı olan paraksiyal mezodermi oluştururlar. Baş bölgesinde nöral tüpün her iki yanında paraksiyal mezoderm hücreleri de somitomer denilen hücre bloklarını meydana getirirler. 3. haftanın başında somitomerler halka şeklini alarak oksipital bölgeden kaudale doğru somit adı verilen doku blokları şeklinde dizilirler. Somitler geçici yapılar olmasına rağmen omurgalı embriyolarında vertebranın segmental organizasyonu için oldukça önemlidirler. Vertebra ve kaburgalar, sırt derisi dermisi, sırt iskelet kasları, vücut duvarı iskelet kasları ve ekstremite kasları somitlerden köken alan hücrelerden gelişen yapılardır. Somit oluşum süreci olan somitogenezis; Notch, Wnt ve fibroblast büyüme faktörü sinyalizasyon genlerinin siklik ekspresyonu tarafından düzenlenen genetik bir mekanizmanın kontrolünde gerçekleşir. Bu mekanizma, "clock and wavefront" modeli ile somitogenezi yönetir. Bu modelde zamana bağlı olarak hücreler tekrarlanan salınımlar gerçekleştirirler. Her bir salınım presomitik mezoderm hücrelerinin somitleri oluşturmadaki yeterliliğini belirleyen birer fazdan ibarettir. Somit oluşumu (somitogenezis); periyodisite, ayrılma, epitelizasyon, aksiyal spesifikasyon ve farklanma komponentlerine sahip bir olaylar zinciri sonucu gerçekleşir. Bu mekanizmadaki herhangi bir bozukluğun vertebrada ciddi segmentasyon defektlerine ve konjenital anomalilere de yol açtığı bilinmektedir. Bu derlemede, morfogenez sürecinin önemli bir parçası olan somitogenezde rol alan moleküler ve bu moleküllerin birbiriyle ilişkilileri tartışılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Somit, somitogenezis, embriyo, notch, wnt, fibroblast büyüme faktörü

Kaynakça

• Sadler TW. Langman’s Medical Embryology, 11th Edition. London, Lippincott Williams&Wilkins, 200 Moore KL, Persaud TVN. Before We Are Born, Essentials of Embriyology and Birth Defects, 9th Edition. London, Saunders Elsevier, 2013
• Gilbert SF. Developmental Biology, 6th Edition. Sunderland (MA), Sinauer Associates, 2000.
• Duru S. Spinal embryology. Türkiye Klinikleri J Neurosurg, 2011; 4:1-7.
• Andrade RP, Palmeirim I, Bajanca F. Molecular clocks underlying vertebrate embryo segmentation: A 10-year-old hairy-go-round. Birth Defects Res C Embryo Today. 2007; 81:65-83. Takahashi Y, Sato Y. Somitogenesis as a model to study the formation of morphological boundaries and cell epithelializations. Dev Growth Differ. 2008; 50:149-55.
• Cooke J, Zeeman EC. A clock and wavefront model for control the number of repeated structures during animal morphogenesis. J Theor Biol. 1975; 58:455-76.
• Maroto M, Pourquie O. A molecular clock involved in somite segmentation. Curr Top Dev Biol. 2001; 51:221-48.
• Kageyama R, Masamizu Y, Niwa Y. Oscillator mechanism of Notch pathway in the segmentation clock. Dev Dyn. 2007; 236:1403-9.
• Jouve C, Palmeirim I, Henrique D, Beckers J, Gossler A, Ish-Horowicz D et al. Notch signalling is required for cyclic expression of the hairy-like gene HES1 in the presomitic mesoderm. Development. 2000; 127:1421-9.
• Dale JK, Maroto M, Dequeant ML, Malapert P, McGrew M, Pourquie O. Periodic Notch inhibiton by Lunatic fridge underlies the chick segmentation clock. Nature. 2003; 421:275-8.
• Barrantes IB, Elia AJ, Wünsch K, Hrabe de Angelis MH, Mak TW, Rossant J et al. Interaction between Notch signalling and Lunatic fridge during somite boundary formation in the mouse. Curr Bio. 1999; 9:470-80.