ZLI (zona limitans intrathalamica) je úsek linie-omezení a primární vývojová hranice v předním mozku obratlovců (který je analogický s lidským mozkem), který slouží jako signalizační centrum a omezující hranice mezi thalamem (také známý jako dorzální thalamus) a prethalamem (ventrální thalamus). Sonický ježek (shh) signalizace z ZLI je rozhodující ve vývoji diencefalonu, který se vyvíjí do thalamu, pretectum, a přední tegmentální struktury . ZLI spolu s prethalamem a thalamem tvoří střední diencefalické území (MDT) .
Přední struktury v rybách za 3-4 dny (s předtuchou ze středního mozku pro lepší zobrazení hranic), s výrazem shh červeně; rostrální rozšíření mezi prethalamem a thalamem zobrazuje ZLI.
Hranice omezení buněčné linie, přes které replikující se buňky nemohou migrovat, byly poprvé objeveny u bezobratlých, kde exprese různých Hoxových genů v každém oddíle propůjčuje diferenciaci pozorovatelných segmentů v dospělém těle Drosophila melanogaster. Analogické struktury byly objeveny ve vyvíjejícím se mozku obratlovců. Rhombomery, které zasahují embryo ze zadního mozku, obsahují jasné hranice a každý z nich exprimuje různé Hoxovy geny, které jsou nezbytné pro diferenciaci struktur v těle. Při hledání dalších hranic omezení buněčné linie byly zkoumány více předních oblastí mozku a nadále jsou zkoumány vícenásobné hranice potenciálu (viz Vývojové hranice) .
Rozložení Hox genů v octomilce vede k diferenciálnímu vývoji segmentů
Význam těchto oddílů jako lokálních signalizačních center, tedy oblastí, které chemicky ovlivňují okolní tkáň, byl objasněn nejprve pozorováním diferenciální exprese Hox genů v různých oddílech a poté pozorováním mutace D. melanogaster a odpovídajících fenotypových (fyzikálních) změn .
ZLI byla poprvé objevena u mláděte pomocí experimentů s explantací a označováním rodokmenů. Při experimentech s explantací byly buňky v oblasti, která se stane ZLI, prethalamus a thalamus v mláděti odstraněny a umístěny do oddělených kultur; buňky dále rostly a zachovávaly si svou identitu (ZLI začala přepisovat shh, zatímco prethalamus a thalamus ne). Nezbytnost ZLI a její odpovídající shh exprese byla prokázána nedostatkem thalamických a prethalamických genetických markerů v kultuře (viz Signaling) . Tyto experimenty potvrdily ZLI jako signalizační centrum. Při experimentech s označováním rodokmenů byly buňky geneticky označeny, takže pokaždé, když se označená buňka replikovala, bylo označeno i její potomstvo. Buňky, které byly označeny ve vyvíjející se ZLI a jejich potomstvo zůstalo omezeno na zónu. Tyto experimenty prokázaly ZLI jako hranici omezení buněčné linie .
Nejen hranice, ZLI je také oddíl se samostatnými hranicemi buněčné linie jak přední, tak zadní části shh exprese. Význam ZLI byl ještě jednou potvrzen ektopickou expresí shh v jiných oblastech předního mozku, známou jako prosencephalon během vývoje (telencephalon i diencephalon), navozující oblast podobnou ZLI, která navozuje thalamický osud .
Hlavní struktury vyvíjejícího se mozku: prosencephalon (přední mozek) se skládá z telencephalonu a diencephalonu, mesencephalon je střední mozek a rhombencephalon je zadní mozek.
Bylo studováno mnoho vývojových hranic: jen v samotném předním mozku jsou potvrzenými hranicemi omezení buněčné linie hranice pallial-subpallial boundary (PSB) rozdělující dorzální a ventrální telencefalon, hranice diencephalon-midbrain boundary (DMB) posterior k ZLI a ZLI. ZLI, stejně jako každá rhombomera, slouží jako nezávislá přihrádka, která propůjčuje identitu diencephalonu v přední a zadní oblasti. Jiné vývojové hranice slouží jako hranice omezení buněčné linie, ale ne jako signalizační centra, zatímco jiné jsou signalizační centra, do kterých a ze kterých mohou buňky migrovat. Navzdory objevům hranic omezení buněčné linie a přihrádek v mozku bylo mnoho zkoumaných oblastí vyvráceno jako segmentální hranice. Tyto oblasti mají potenciál jako signalizační centra, která mají vliv na vývoj sousedních tkání .
Tyto hranice mají velký vliv na ostatní oblasti mozku: umístění ZLI ovlivňuje nejen velikost přilehlých oblastí, ale také velikost telencefalonu. Zadní posun v ZLI umožňuje přiřadit více buněk k telencefalonu. Totéž platí pro další vývojové hranice v mozku a v celém těle: posuny v hranicích zodpovědných za přiřazení určitého množství tkáně k určité funkci mají za následek drastické změny ve struktuře dospělých. Tyto hranice mají zásadní význam pro správnou diferenciaci.
Prokomerický model je založen na rhombomerickém modelu, který popisuje každou rhombomeru jako neuromeru. Pokračujíc ve vzorci pojmenování, v roce 1993 Luis Puelles a John Rubenstein navrhli model pro vývoj předního mozku založený na prosomerech. Prosomery jsou laterální domény vyvinuté prostřednictvím diferenciální genové exprese nezbytné pro správnou diferenciaci primárních struktur v předním mozku, „skládající se z diencefalonu, hypothalamu, sítnice a telencefalonu“. Každá prosomera je dále rozdělena do podélných subkompartmentů, které dosud nebyly tak dobře charakterizovány. Prosomery korespondují se strukturami vyvinutých struktur předního mozku, od většiny caudálních až po většinu rostrálních struktur. Stejně jako mnoho jiných zkoumaných oblastí mozku obratlovců, ne všechny hranice prosomer jsou hranice omezení linií a ne všechny jsou signalizačními centry.
Další vysvětlení ZLI stejně jako další genetické a morfologické nálezy vyústily v mírné změny prosomerického modelu v roce 2003 podle Puellese a Rubensteina. Současný prosomerický model uvádí p1 až p6, kde p1, p2 a p3 odpovídají pretektu, thalamu a prethalamu; p4, p5 a p6 společně odkazují na telencefalon a hypothalamus, ačkoliv přesné dělení je nejasné. Elucidace ZLI jako hranice omezení buněčné linie a jako signalizačního centra vedla k menším změnám v klasifikaci struktur v rámci p2 a p3 .
Níže uvedené prosomery p1 až p6 v prosomerickém modelu revidovaném v roce 1994 Rubensteinem a spol. pomáhají modelovat přední mozek a ZLI se vyznačuje vrcholem shh exprese mezi p2 a p3. Další vzory genové exprese (viz Signaling) jsou uvedeny v modelu. Rhombomery jsou označeny r1 až r8 .
Soubor:Rubenstein et al 1994 Prosomeric Model.png
Po gastrulaci je embryo zcela nediferencované a vyžaduje mnoho různých podnětů k zahájení správné diferenciace těla. Horní (střešní deska, na dorzální straně embrya) a spodní (podlahová deska, na ventrální straně) hrají v těchto prvních krocích zásadní roli: každý působí prostřednictvím globální signalizace (signalizace po celém embryu) pro dorsoventralní nervové vzorování. Po dokončení vývoje osy dorsoventral dochází ve vyvíjejícím se mozku k více lokální signalizaci: vývojové hranice, jako je hranice středního a zadního mozku (MHB), rhombomery a pomoc ZLI v předpotopní organizaci .
Vznik Shh exprese
Krátce po začátku dorsoventálního vzorování se šš projevuje podél bazální ploténky (spodní části) embrya, která funguje při „ventralizaci neurální trubice, podpoře růstu a proliferace a tvorbě hypotalamu“. Jak se embryo dále vyvíjí, šš exprese charakteristická pro ZLI se dorsálně rozšiřuje do tvaru klínu, který se nakonec zužuje na proužek při přibližně 22 somitech (počet vyvinutých rhombomer) nebo méně než jeden den u zebraovitých. I když šš exprese dorsálně sahá od bazální ploténky, ZLI je schopna tvořit i bez bazální ploténky nebo mezodermální tkáně. Ššš spolupracuje s dlx2 a fezlem anteriorly a irx3 a dbx1a posteriorly (exprimované geny se liší mezi různými organismy), což jsou geny, které jsou exprimovány v prethalamu, respektive thalamu .
ZLI je také charakterizována nedostatkem pomatených třásní (lfng), které jsou pozorovatelné ještě předtím, než je pozorována exprese šš u formujícího se ZLI. To značí, že buňky jsou určeny pro tvorbu ZLI před indukcí šš (n.b. šš signály ze ZLI a jsou charakteristické pro oddíl během a po vzniku). Lfng je exprimován velmi brzy (brzy po gastrulaci) v oblasti, která se stane ZLI, ale krátce poté exprese ustupuje migrací lfng-exprimujících buněk do formy lfng-free wedge charakteristického pro vyvíjející se ZLI. Výraz šš se dorsálně rozšiřuje až o několik hodin později .
Faktory ovlivňující vznik a umístění ZLI jsou široce studovány, ale stále sporné. Rozdíly mezi různými zvířecími modely dále komplikují objasnění drah, konkrétně mezi modely kuřat/savců a zebraovitých.
Wnt (rodinné bezkřídlé) geny jsou klíčové pro vývoj ZLI jak přímo, tak nepřímo ve všech zvířecích systémech. Spolu s rolí Wnt genů při vzorování anteroposteriální osy prostřednictvím gradientní polarizace, je Wnt8b vyjádřeno v rámci samotného ZLI a může pomoci usměrnit hřbetní pohyb shh exprese . Wnt polarizační gradient byl spojen s indukcí ZLI-vzorovacích genů irx3 a six3, které ohraničují ZLI posteriorně, respektive anteriorně. Nicméně bylo prokázáno, že tyto geny nejsou pro tvorbu ZLI u zebraovitých nezbytné a byly přehodnoceny v jiných modelech .
Specifikace ZLI může také zahrnovat ventrální tkáně embrya: prehordální a epichordální ploténky, nebo neuroepiteliální tkáň (viz obrázek). Interakce mezi těmito tkáněmi mohou být zodpovědné za pokles exprese lfngu, který umožňuje dorzální pohyb shh exprese . Specifické prekrodální a epichordální ploténky, charakterizované expresí six3 a irx3, mohou ovlivnit umístění ZLI více než samotné geny . Prekrodální ploténka ventrálně ohraničuje telencefalon, s epichrodální ploténkou posteriorně k němu.
Studie tvorby ZLI prováděné u zebrafish odhalily význam otx2 a irx1 v umístění ZLI. Exprese Otx2 charakterizuje vyvíjející se optické tectum, které je zodpovědné za zpracování zraku. Exprese se rozšiřuje anteriorně a končí ostře u ZLI, s vysokou expresí podél linie, kde je vyjádřeno shh . Před vytvořením ZLI je otx2 vyjádřeno všudypřítomně v celém předním mozku a začíná ustupovat do pozice domnělého ZLI. Pokusy, kde byla exprese otx2 potlačena, neukázaly žádný hřbetní pohyb exprese shh a žádnou tvorbu ZLI . Irx1, který je analogický irx3 u ptáků a savců, je vyjádřen posteriorně k ZLI. Studie naznačily, že zatímco otx2 pozitivně omezuje ZLI anteriorně (shh nemůže být vyjádřeno tam, kde otx2 není), irx1 negativně omezuje ZLI posteriorně . Jiné geny rozhodující pro diferenciaci v mozku, včetně genů Fgf zodpovědných za vzorování hranice středního a zadního mozku (MHB), byly zapojeny do polohování ZLI .
Studie o roli shh signalizace v ZLI byly po mnoho let obtížně prostudovatelné, protože mutanti postrádající expresi mají mnoho vývojových deficitů včetně absence diencefalonu . Vysvětlující a rodokmenové experimenty, které byly popsány dříve, pomohly objasnit roli shh a dalších genů v diferenciaci těchto tkání.
Diferenciace po degradaci ZLI
Po diferenciaci progenitorových buněk (v přesném stádiu, které ještě není zcela určeno) ZLI a jeho omezení linie mizí, což umožňuje buňkám migrovat přes dřívější hranici a dorzální a ventrální thalami splynout do jedné funkční jednotky, jak ukazují replikačně nekompetentní retrovirové experimenty, které označily buňky a ukázaly jejich migraci v celém diencefalonu .
Po založení ZLI bylo prokázáno, že shh indukuje expresi thalamických a prethalamických markerů, gbx2 a dlx2/ nkx2.1. Tato diferenciální indukce je s největší pravděpodobností způsobena expresí genů, jako je irx3 v thalamu: experimenty s ektopickou expresí ukázaly, že pokud je irx3, který je normálně exprimován ve vyvíjejícím se thalamu, exprimován před ZLI, pak vyvíjející se prethalamus změní identitu . Všimněte si, že tyto geny, které pomáhají udělit shh kompetenci, pomáhají modelovat ZLI.
Signalizace ze ZLI spolupracující s thalamickými a prethalamickými markery zajišťuje migraci postmitotických (neurálních progenitorových) buněk do plášťové zóny, kde se buňky sdružují do jader charakteristických pro thalamus. Tato jádra jsou mechanismem přenosu informací z thalamu do mozkové kůry. Sám thalamus je velmi různorodý, každé jádro má odlišnou morfologii a fyziologii podle oblasti mozku, ke které je připojeno. Předpokládá se, že tyto rozdíly mají původ v diferenciální genové expresi v thalamu a prethalamu, což umožňuje jedinou strukturu s více odlišnými a oddělenými funkcemi, jakmile se obě sloučí a dokončí růst a diferenciaci .
Z Vieira et al, 2005, obrázek níže ukazuje přehled exprese některých genů v předním a středním mozku, z nichž mnohé jsou ovlivněny signalizací ze ZLI. Telencephalon je označen „T“, prethalamus „PTh“ a thalamus „Th“.
Soubor:Vieira et al Signaling ze ZLI.png