Epiteeli-mesenkyymi-vuorovaikutukset, esimerkkinä hammas ja ihokarva elimiä muodostuu kaikista alkiokerroksista, usein epiteelin ja mesenkyymin vuorovaikutuksesta epiteeli  ektodermi epiteeli  endodermi mesenkyymi  mesodermi ektodermaalinen epiteeli  ulokkeet (karvat, höyhenet, suomut, sarvet, hampaat) tai sisäänpainumat (hikirauhaset, maitorauhaset ym.) endodermaalinen epiteeli  ’sisäelimet’ (maksa, haima, munuaiset, keuhkot, ym.) kaikkien elinten kehitys alkaa epiteelin paksuntumasta, plakodista 1

kumpi aloittaa elimen kehityksen: epiteeli vai mesenkyymi? kudosrekombinantit: mesenkyymin tai epiteelin siirto toiseen paikkaan alkiossa kanan alkio: höyhen jalan epiteeli siiven mesenkyymi suomut ihon epiteeli jalan mesenkyymi 2

ihon epiteeli + hampaan mesenkyymi  hammas nisäkkään alkio: ihon epiteeli + hampaan mesenkyymi  hammas hammasepiteeli + ihon mesenkyymi  karva siis: yleensä mesenkyymi määrää induktion suunnan  epiteelin muutos signaalimolekyylien viestintä kuitenkin vuorovaikutteista 3

Nisäkkään hampaan kehitys Hermostopienasta syntynyt mesenkyymi vuorovaikuttaa leuan epiteelin kanssa  erilaistuminen Eri kasvutekijöiden ilmentyminen 14-vuorokautisen hiiren sikiön alaposkihampaassa. Kiillesilmu (ei solujakautumisia brdU, erittää useaa kasvutekijää (FGF4, SHH, BMP2). 3D-rekonstruktio mikroskooppileike 4

FGF4 = Fibroblast Growth Factor 4 BMP2 = Bone Morphogenetic Protein 2 SHH = Sonic Hedgehog 5

Nisäkkään karvan kehitys artikkeli PLoS Biology –sarjassa (Rendl et al Nisäkkään karvan kehitys artikkeli PLoS Biology –sarjassa (Rendl et al. PLoS Biology 2005) indusoi pluripotenttien epiteelisolujen erilaistumisen 6

Eri signaalimolekyylien ilmentyminen hiiren karvan tyvellä 5 eri solutyypissä (DP = karvanysty, DF = dermal fraction = ympäröivä mesenkyymi), Mx = matrix, ORS = ulompi karvatuppi, Mc = melanosyytti) perusgeenit spesifiset geenit 7

Microarray-tekniikka Geenilastulla tuhansien geenien DNAta Geeniekspression mittaus: Eristetään mRNA Käännetään cDNA:ksi Hybridisoidaan lastun kuopakkeiden DNA:han Kytksetään hybridisaatioon värireaktio Värin voimakkuus kertoo ekspressiotason Nyt myös suoraan mRNA:n ”deep sequencing”  expressiopofiili suoraan lähetti-RNA:n sekevenssoinnilla 8

Karvan kasvun geneettinen ’backbone’ ja ’signaturen’ genominen organisaatio geenin funktio 9

Genominen analyysi geeneittäin, ”gene ontology” Solun toiminta 10

Nefronektiini ohjaa sileitä lihassoluja kiinnittymään karvatuppeen Karvankohottajalihaksen kiinnittyminen (Fujiwara et al. Cell 2011) Nefronektiini ohjaa sileitä lihassoluja kiinnittymään karvatuppeen 11

cortex dermis (verinahka) hikirauhanen karvanysty 12

Etu-taka- ja ylä-ala-akselin kehitys Sammakko hedelmöitys  kortikaalirotaatio  harmaa puolikuu jo munasolu on polarisoitunut solukoostumuksen suhteen 13

alkusuun ylähuulen muodostumiskohta huom: subkortikaalinen sytoplasma kääntyy  animaalisen navan ja veg. navan sytoplasman kosketuspinta 14

ETU 30° ALA YLÄ TAKA 15

Harmaan puolikuun merkitys tsygootti 1 solujako ’vatsakappale’ 16

17

Alkusuun yläpuolisen kudoksen siirto  toinen etu-taka-akseli Nieuwkoop-keskus: endodermi, indusoi ylähuulen muodostamaan mesodermia  chorda  etu-taka-akseli Spemann: alkusuun ylähuuli = ’organisoija’ 18

Beta-kateniini (Wnt-signaali) ja Nieuwkoopin keskus D 19

Proteiinit, jotka ilmenevät lähes yksinomaan Spemannin organisaattorissa dorsalisaatio (ylä/ala) goosecoid mRNA-injektio veg. alueelle  toinen akseli 20

Etu-taka ja ylä-ala-akseleiden määräytyminen linnuilla ylä-ala-akselin määrää pH ph 6.5 ph 9.5 Na+ H2O - + pH:n tai potentiaalieron kääntäminen kääntää myös akselin 25 mV 21

Lintujen AP-akseli (Anterior/Posterior = etu-taka) gravitaatio ruskuaisen tiheyserot ylemmäksi jäävä alkiolevyn osa  posteriorinen pää  radiaalinen symmetria  bilateraalinen symmetria 22

Hautomakone + automaattinen munien kääntö 23

alkiolevyn (radiaalisen) jako neljään  neljä alkiota posterior marginal zone (PMZ) vastaa sammakon Nieuwkoop-keskusta 24

Hensenin silmulla jo polariteetti 25

mm. sydän, perna, aortta, maksa, epäsymmetrisesti Vasen/oikea? mm. sydän, perna, aortta, maksa, epäsymmetrisesti kaikilla selkärankaisilla 2 tärkeää proteiinia nodal - liukoinen parakriininen tekijä Pitx2 -transkriptiotekijä 26

AP-akseli nisäkkäillä 2 signaalikeskusta node eli solmuke (= ’Hensenin silmu’) viskeraalisen endodermin etuosa node  ’ruumis’ endodermin etuosa + node  etuaivot geeniekspressio muistuttaa sammakon ja linnun organisaattoria chordin ja noggin knock-out: ei vaikutuksia yksin, mutta kaksois-knock-out  alkio, jolta puuttuu etuaivot, nenä ja kasvon rakenteita hyönteisillä kaikki on toisin* väliotsakkeeseen: The Segmentation Genes asti 27