Morfogenez, Desenleme ve Hücre Farklılaşmasında Erken Adımları Anlamak için Tavuk Rekombinant Uzuvları Testi

Omurgalı uzuv, hücre farklılaşmasını, hücre çoğalmasını, hücre ölümünü, desen oluşumunu ve morfogenezi^incelemek için zorlu bir modeldir ^1,2. Gelişim sırasında, uzuvlar lateral plaka mezoderm^1’den türetilen hücrelerden şişkinlikler olarak ortaya çıkar. Ekstremite tomurcukları, bir ektoderm tarafından kaplanmış mezodermal hücrelerin merkezi bir çekirdeğinden oluşur. Bu erken yapıdan, bütün ve iyi biçimlendirilmiş bir uzuv ortaya çıkar. Ekstremite tomurcuğu ortaya çıktıktan sonra, üç eksen tanınır: (1) proksimo-distal eksen ([PD] omuzdan parmaklara), (2) dorso-ventral eksen ([DV] elin arkasından avuç içine kadar) ve (3) anterior-posterior ([AP] başparmak parmağına). Proksimal distal eksen, ekstremite tomurcuğunun distal ucunda bulunan apikal ektodermal sırta (AER), uzmanlaşmış ektoderme bağlıdır. AER, büyüme, hayatta kalma bakımı, proliferasyon ve sinyal alan hücrelerin farklılaşmamış durumu^{için gereklidir 2,3}. Öte yandan, polarize edici aktivite bölgesi (ZPA) anteroposterior paternleme^4’ü kontrol ederken, dorsal ve ektoderm dorsoventral desenleme ^7,8’i kontrol eder. Üç boyutlu modellemenin entegrasyonu, bu üç eksen arasındaki karmaşık çapraz konuşmayı ima eder⁵. Uzuv gelişimi sırasında moleküler yolun anlaşılmasına rağmen, bütün bir uzuv oluşturmak için modellemeyi ve uygun büyümeyi kontrol eden mekanizmalar hakkındaki açık sorular cevapsız kalmaktadır.

Edgar Zwilling, gelişmekte olan uzuvlarda ekstremite mezenkimal hücreleri ve ektoderm arasındaki etkileşimleri incelemek için 1964 yılında rekombinant uzuv (RL) sistemini geliştirdi⁶. RL sistemi, ayrışmış-yeniden agregaye edilmiş ekstremite tomurcuk mezodermini embriyonik ekstremite ektodermine monte ederek donör civciv embriyosunun dorsal kısmına greft eder. Ektoderm tarafından sağlanan sinyaller, farklılaşma genlerinin ve modelleme genlerinin uzay-zamansal bir şekilde ekspresyonunu indükler, böylece uzuv gelişimi sırasında meydana gelen hücre programlarını özetleyebilen uzuv benzeri bir yapının oluşumunu indükler ^7,8,9.

RL modeli, ekstremite bileşenlerinin özelliklerini ve mezodermal ve ektodermal hücreler arasındaki etkileşimi anlamak için değerlidir⁶. Bir RL, ekstremite tomurcuk mezodermal hücrelerinin ektodermal^{bir örtü 6} içinde deneysel olarak birleştirilmesi veya yeniden birleştirilmesiyle oluşturulan uzuv benzeri bir yapı olarak tanımlanabilir. RL’nin morfogenezi, ektodermal modelleme sinyallerine cevap verecek mezodermal hücrelerin (veya diğer tiplerin) özelliklerine bağlıdır. Bu deneysel sistemin avantajlarından biri çok yönlülüğüdür. Bu özellik, farklı gelişim aşamalarından hücreler, uzuv boyunca farklı konumlardan veya bütün (ayrışmamış) veya yeniden toplanmış hücreler 7,8,9,10 gibi mezodermal hücrelerin kaynağını değiştirerek çoklu kombinasyonların oluşturulmasına izin verir. Başka bir örnek, embriyonik ektodermi tavuk dışındaki türlerden, örneğin kaplumbağa¹¹, bıldırcın veya fare^12’den elde etme yeteneğidir.

Bu anlamda, RL tekniği uzuv gelişimini ve uzuv mezenkimal ve ektodermal hücreleri arasındaki etkileşimleri evrimsel bir bakış açısıyla incelemeye yardımcı olur. Bu teknik aynı zamanda farklı progenitör hücre kaynaklarının, embriyonik ektoderm^12,13,14 tarafından sağlanan sinyallerden yararlanarak uzuv benzeri bir yapıya farklılaşma yeteneğini analiz etmek için büyük bir potansiyele sahiptir. İn vitro kültürlerin aksine, RL, gelişmekte olan bir uzuvdan gelen embriyonik sinyalleri yorumlayarak bir hücre popülasyonunun farklılaşmasını ve morfogenetik potansiyelini değerlendirmeye izin verir ^9,15.

Bu protokolde, yeniden toplanmış mezodermal ekstremite tomurcuk hücreleri ile başarılı RL gerçekleştirmek için adım adım bir kılavuz sağlanmıştır, böylece bu protokolü farklı yeniden topaklanmış hücre kaynakları veya hatta farklı ektoderm kaynakları ile uyarlama imkanı açılmaktadır.