Textbook Notes (368,651)
Canada (162,033)
Biology (278)
BIO3147 (4)
Chapter 14

CHAPTER 14.docx

10 Pages
119 Views
Unlock Document

Department
Biology
Course
BIO3147
Professor
Mary Theresa Howard
Semester
Fall

Description
CHAPTER 14: DEVELOPMENT OF THE TETRAPOD LIMB • Limbs have a dorsal­ventral axis: our palms (ventral) are readily distinguishable from our  knuckles (dorsal) • Proximal­distal axis (shoulder­finger; hip­toe) regulated by proteins of the fibroblast  growth factor (FGF) family • Anterior­Posterior axis (thumb­pinkie) is primarily controlled by Shh (sonic hedgehog) • Dorsal­Ventral axis (knuckle­palm) is regulated by Wnt7a FORMATION OF LIMB BUD • Mesodermal cells that give rise to a vertebrate limb can be identified by: 1) removing  certain groups of cells and observing that a limb does not develop in their absence,  2) Transplanting groups of cells to a new location and observing that they form a  limb in this new place, and 3) Marketing groups of cells with dyes or radioactive  precursors and observing their descendants partake in limb development • LIMB FIELD – An area of the embryo containing all of the cells capable of forming a  limb • Limb development beings when mesenchyme cells migrate from limb field of lateral  plate mesoderm (skeletal precursors) and from the somites (muscle precursors) at the  same level • These mesenchymal cells accumulate under ectodermal tissue toe create a bugle called  the LIMB BUD • Vertebrates have no more than 4 limb buds per embryo and are always paired opposite to  each other A) Proliferation of mesenchymal cells from somatic  region of lateral plate mesoderm, causing limb bud to  bulge outward. Cells generate skeletal elements of the  limb. Myoblasts provide the limb’s musculature. • Basically, ingression of mesenchymal cells  forms the limb bud • Position on anterior­posterior axis dependent on level of hox gene expression  • If you split the limb disc vertically into 2 or more segments and place barriers between  segments to prevent reunion, you can develop many full limbs ­> equipotential system  (all the cells have equal potential to give rise to the limb (limb field) – e.g. of naturally  occurring INDUCTION OF EARLY LIMB BUDS • Signal for limb bud formation comes from lateral plate mesoderm cells that will become  the limb skeleton • These cells secrete the paracrine factor FGF10 (capable of initiating limb­forming  integrations btwn ectoderm and mesoderm) • Fgf10 appear to stimulate Wnt proteins in the surface ectoderm that instruct surface  ectoderm to elongate to become the APICAL ECTODERMAL RIDGE (AER) • AER – ridge along the distal margin of limb bud that will become a major signaling  center for developing limb, it: 1) maintains mesenchyme beneath it in a plastic,  proliferating state that enables linear growth of limb, 2) maintains the expression of  those molecules that generate the anterior­posterior axis, and 3) interacting with the  proteins specifying anterior­posterior and dorsal­ventral axes so that each cell is  given instructions on how to differentiate SPECIFICATION OF FORELIMB OR HINDLIMB • Specific HOX proteins may be permitting the synthesis of retinoic acid in regions of the  lateral plate mesoderm • Retinoic acid indices the expression of particular TBX transcription factors and these  factors activate FGF10  • In mice, RA causes induction of transcription factors TBX5 (forelimb) and TBX4 (hind  limb) and through a positive feedback loop, outgrowth of limb occurs • If FGF’s are placed in between TBX5/4 regions, a chimeric (hybrid) limb of forearm and  hind limb is seen to be formed ­> showing TBX induces a signal for FGF’s to  differentiate GENERATING THE PROXIMAL­DISTAL AXIS OF THE LIMB • When msesenchyme cells enter the limb field, they secrete fgf10 that induces the  overlying ectoderm to form the AER • Proximal­distal growth and differentiation of the limb bud are made possible by series of  interactions btwn the AER and the limb bud mesenchyme directly beneath  • Distal mesenchyme called the PROGRESS ZONE (PZ) mesenchyme, since it  proliferates and extends the limb bud • AER keeps mesenchyme cells directly beneath it in a state of mitotic proliferation and  prevents them from forming cartilage • FGF and Wnt proteins also regulate shape and growth of early limb bud • Wnt determines orientation and promotes cell division in the plane of the ectoderm,  thereby extending the limb bud outward • FGF signals increase the velocity of cell migration, causing cells to migrate distally Summary of experiments  demonstrating the effect of the  apical ectodermal ridge on the  underlying mesenchyme FGF’s IN THE INDUCTION OF THE AER • Critical for induction, maintenance and function of the AER  • Principle AER­inducing agent protein is FGF10 • FGF10 is able to induce the AER in the competent ectoderm btwn dorsal and ventral  sides of the embryo • FGF10 from lateral late mesodermal induces a Wnt3 protein (in humans/mice) and  acts through a canonical B­catenin pathway to induce FGF8 expression to form the  AER • FGF8 is the major active factor in the AER by stimulating mitosis in mesenchymal  cells beneath it, causing these cells to keep expressing FGF10 (positive feedback  loop) • When entire progress zones (mesoderm/AER)) from early embryo was placed on the  limb bud of a later­stage embryo, new proximal structures were produced beyond  those already present • When old progress zones were added to young limb buds, distal structures developed  immediately, so digits were seen to emerge from the humurus without an intervening  ulna and radius DUAL GRADIENT MODEL OF LIMB PATTERNING • A gradient of FGFs and Wnts from the distal AER, and a gradient of retinoic acid  from proximal flank tissue to specify the proximal­distal axis • Age of mesenchyme determines the type of bones formed • However, the type of bone formed became more proximal if young limb bud  mesenchyme had been treated with RA in presence of Wnt and FGF • It become more distal if the mesenchyme had been treated with only FGFs and Wnts • Therefore if FGFs were inhibited = bones became more proximal • If RA were inhibited = bones became more distal REA
More Less

Related notes for BIO3147

Log In


OR

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


OR

By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.


Submit