Лекция 07 Гепатогенез ( продолжение ) и панкреагенез

Сопоставление ключевых морфогенетических позиций гепатогенеза с важнейшими действующими на этой стадии транскрипционными факторами (Li, Gang-Ning, Duncan,2000)

Дифференцировка гепатоцитов и холангиоцитов (Zaret, 2004).

Yeoh

Создание зародышей мышей с гепатобластами генотипа: HNF4-alpha -/- ((Li, Gang-Ning, Duncan,2000)

Вывод: HNF4-alpha необходим для дифференцировки гепатобластов -/- (Li, Gang- Ning, Duncan,2000)

HNF4-alpha необходим для дифференцировки гепатобластов (Li, Gang- Ning, Duncan,2000)

Эксперименты по условному нокауту гена NHF4 у мышей (Hayhurst et al. 2001)

Yeoh

ФОРМИРОВАНИЕ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ

Региональная спецификация энтодермы, (Gilbert, 2003).

Yeoh

Анатомическое изображение поджелудочной железы (середина ХХ века)

Структурно-функциональная организация зрелой поджелудочной железы Сформированная поджелудочная железа содержит морфологически и функционально отчётливо различимые экзокринные и эндокринные компоненты. Экзокриннная часть, включая клетки долек и протоков, представлена 95%–99% массы панкреаса и продуцирует пищеварительные ферменты, спсобствующие перевариванию и абсорбции пищи в кишечнике.Зрелые эндокринные клетки локализованы в островках Лангерганса, в виде агрегатов бывших энтодермальных клеток, рассеянных по экзокринной массе. Островки состоят из клеток различных эндокринных типов, секретирующих в кровь различные виды гормонов. В число этих гормонов входит инсулин, глюкагон, соматостатин, панкреатический полипептид –PP.

Эндокринная часть панкреаса Клетки островков Лангерганса (1-2% массы всей железы) Альфа-Клетки дифференцируются первыми в развивающемся панкреасе и секретируют глюкагон (гормон из 29 а.к.о.), который увеличивает уровень глюкозы в крови, превращая гликоген печени в глюкозу. Бета-Клетки секретируют инсулин (белковый гормон). Гамма-Клетки секретируют панкреатический полипептид-PP (пептидный гормон из 36 а.к.о.) уменьшающий аппетит. Дельта-Клетки (D-клетки) секретируют соматостатин (гормон, угнетающий секрецию синтезируемых гипофизом соматотропина и тиреотропина и секрецию, синтезируемого в гипоталамусе соматототропин-рилизинг-гормона. Соматостатин синтзируется также в гипоталамусе и в тонком кишечнике, а также, возможно, в желудке. Это пептидный гормон в двух вариантах: 14 а.к.о. и 28 а.к.о.). Гормон действует в желудочно- кишечном тракте, чтобы уменьшить скорость всасывания пищи кишечником. Эпсилон-Клетки секретируют грелин-ghrelin (синтезируется также нек. клетками желудка и гипоталамуса).

На схеме показано различие в структурах островков Лангерганса у крысы (вверху) и человека (внизу) в вентральной (слева) и дорсальной (справа) частях панкреаса. Различные типы клеток маркированы определенным цветом. В островках грызунов в сердцевине концентрируются клетки, продуцирующие инсулин.(Suckale et al.,2008).

Развитие поджелудочной железы мыши Pancreas develops from distinct dorsal and ventral primordia. Dorsal pancreas –midline endoderm in posterior foregut is a single layer of epithelial cells that contacts notochord, an axial mesoderm-derived structure Ventral pancreas –Laterally, endoderm fated to form ventral pancreas is adjacent to both splanchnic mesoderm and aortic endothelial cells but is not in direct contact with notochord. The notochord and dorsal prepancreatic endoderms remain in contact until about the 13-somite stage in mice, 8.5 d postcoitum (dpc), when midline fusion of the paired dorsal aortas occurs. The first indication of morphogenesis occurs at somites in mice (9.5 dpc) –dorsal mesenchyme condenses and underlying endoderm evaginates, forming a recognizable dorsal pancreatic bud –the ventral bud appears later at ~30 somites ( dpc). Stimulated by mesenchymal signals, pancreatic epithelial cells proliferate and branch. The accumulated evidence is consistent with the possibility that a unique cell gives rise to all pancreatic cell lineages. The existence of such a pancreatic "stem" cell remains debatable.

Развитие поджелудочной железы у человека. A На 30-е сутки, вентральный печеночный проток находится вблизи зачатка печени. Б К 35-м суткам он начинает смещаться назад и (В) приходит в контакт с дорсальной панкреатической почкой на шестой неделе развития. Г У большинства людей этот дорсальный зачаток поджелудочной железы утрачивает свой проток в двенадцатиперстную кишку; однако, примерно у 10% популяции система двойных протоков сохраняется. (Langman 1981). По Gilbert, 2003 о Почка печени

Развитие поджелудочной железы человека Functions- exocrine (amylase, alpha-fetoprotein) and endocrine (pancreatic islets) Pancreatic buds- endoderm, covered in splanchnic mesoderm Pancreatic bud formation – duodenal level endoderm, splanchnic mesoderm forms dorsal and ventral mesentery, dorsal bud (larger, first), ventral bud (smaller, later) Duodenum growth/rotation – brings ventral and dorsal buds together, fusion of buds Pancreatic duct – ventral bud duct and distal part of dorsal bud, exocrine function Islet cells- cords of endodermal cells form ducts, which cells bud off to form islets Week 7 to 20 – pancreatic hormones secretion increases, small amount maternal insulin Week 10 – glucagon (alpha) differentiate first, somatostatin (delta), insulin (beta) cells differentiate, insulin secretion begins Week 15 – glucagon detectable in fetal plasma Beta cells - stimulate fetal growth, continue to proliferate through to postnatal in infancy, most abundant Maternal diabetes mellitus – hypertrophy of fetal beta cells

Формирование разделов поджелудочной железы, отвечающих за пищеварительные функции Pancreatic buds- endoderm, covered in splanchnic mesoderm Pancreatic bud formation – duodenal level endoderm, splanchnic mesoderm forms dorsal and ventral mesentery, dorsal bud (larger, first), ventral bud (smaller, later) Duodenum growth/rotation – brings ventral and dorsal buds together, fusion of buds Pancreatic duct – ventral bud duct and distal part of dorsal bud, exocrine function Functions - exocrine (amylase, alpha-fetoprotein) Pancreatic amylase digests starch to maltose. Postnatally, a blood test to detect amylase can be used to diagnose and monitor acute or chronic pancreatitis (pancreas inflammation). Pancreatic alpha-fetoprotein has been found to change in expression level (in rats) during developent and has been suggested to influence pancreas development.

Продукция гормонов островками Лангерганса при развитии панкреаса Временной порядок Islet cells (Islets of Langerhans) - cords of endodermal cells form ducts, which cells bud off to form islets Week 7 to 20 – pancreatic hormones secretion increases, small amount maternal insulin Week 10 – three different cell types responsible for hormone secretion; glucagon (alpha) differentiate first, somatostatin (delta), insulin (beta) cells differentiate, insulin secretion begins Week 15 – glucagon detectable in fetal plasma Beta cells - stimulate fetal growth, continue to proliferate through to postnatal in infancy, most abundant Maternal diabetes mellitus – hypertrophy of fetal beta cells

Морфогенез поджелудочной железы путём ветвления (эпителиально-мезенхимные взаимодействия) (Kim, Hebrok, 2001).

Индукция гена pdx1 в кишечном эпителии. A У куриного зародыша экспрессия pdx1 (пурпурный) в кишечной трубке индуцирована контактом с аортой и желточными венами. Области экспрессии pdxl образуют дорсальную и вентральную выпуклости поджелудочной железы. Б Гибридизация in situ иРНК pdx1 на срезе через область контакта кишечной трубки с кровеносными сосудами. Область экспрессии pdx1 синяя. В У зародыша мыши сохраняется только правая желточная вена, она контактирует с кишечным эпителием. Экспрессия pdx1 видна только с этой стороны, и возникает только одна вентральная панкреатическая почка. Г Кровеносные сосуды (окрашены красным антителами к PECAM1) направляют дифференцировку островков(окрашены зеленым антителами к инсулину). Ядра, окрашенные DAPI, синие. Д Пути дифференцировки панкреатических клеток. Все клетки экспрессируют pdx1. Клетки, экспрессирующие ngn3, образуют линии эндокринных клеток. (A–В по Lammert et al. 2001; Г по Grapin-Botton et al. 2001; Фото Е. Lammert, D. A. Melton) (Gilbert, 2003).

Межклеточные взаимодействия и обмен сигналами в ходе развития панкреаса (Kim, Hebrok, 2001).

Сигнальные молекулы и факторы транскрипции поджелудочной железы (Kim, Hebrok, 2001).

Корреляция между морфогенетическими событиями и экспрессией генов в панкреатических клетках у мышей (Jørgensen et al., 2007).