تکامل سیستم اسکلتی استخوان و عضلات
کلیات
منشا: مزودرم و اکتودرم (نورال کرست)
تغییر سلولهای مزودرمی به بافت هم بند شل جنینی (مزانشیم) در انتهای 4th w
سه منشا متفاوت مزانشیم (بافت هم بند جنینی)
مزودرم
مزانشیم پاراآگزیال : سومایتها و یا سومیتومرهای پره اکسیپیتال (کرانیال)
ایجاد عضلات مخطط در سر، تنه و اندام
مزانشیم لترال پلیت (سوماتوپلوریک): و بخش مشخصی از هر سومایت
ایجاد عناصر اسکلتی، لیگامانها، تاندونها، فاسیاها، بافت همبند عضلانی
اکتودرم
مزانشیم نورال کرست: میدبرین و هایندبرین
عناصر اسکلتی ویسروکرانیوم و بیشتر نوروکرانیوم، لیگامانها، تاندونها، فاسیا و بافت همبند عضلانی
مزودرم پاراآگزیال و لترال پلیت
منشاء سیستم اسکلتی
تنه: بخش اسکلروتومی سومایتهای مزودرمی
اندام: مزودرم لترال پلیت
سر و گردن:
استخوانهای سقف و بیشتر قاعده جمجمه: دارای منشاء مزودرمال
استخوانهای صورت: مزانشیم منشاء گرفته از نورال کرست
نحوه تشکیل بافت استخوانی
مدل اولیه استخوانها: غضروفی
استخوانسازی اندوکندورال: بیشتر استخوانها مثل قاعده جمجمه، فمور، هومروس
استخوانسازی اینتراممبرانوس: مثل استخوانهای پهن جمجمه
مهاجرت سلولهای مزانشیمی پیش ساز و قابلیت تبدیل به انواعی از سلولها
عمل متقابل (induction) با اپیتلیوم و ماتریکس خارج سلولی اطراف
برای شکل گیری نهایی
Prebone Condensation: پس از ورود سلولهای پیش ساز به مکان نهایی
تبدیل سلولهای مزانشیمال به سلولهای عضلانی و استخوانی: تحت کنترل ژنی
BMP2,4,7: درگیر در تشکیل استخوان در طی دوران جنینی
تحریک بیان ژن تبدیل کننده سلولهای مزانشیمال به استئوبلاستها یعنی: Cbfa1
تکامل جمجمه
دو جزء اصلی در تکامل جمجمه
نوروکرانیوم
محفظه ای برای مغز و ارگانهای حسی
کارتیلیژنوس (کندروکرانیوم) و ممبرانوس
ویسروکرانیوم
اسکلت صورت
(نواحی اطراف دهان و حلق)
کندروکرانیوم (در انسان): قاعده جمجمه
سه زوج پیشساز غضروفی
پره کوردال، هیپوفیزیال و پاراکوردال
دو جفت غضروف کرانیال: نورال کرست
یک جفت غضروف کائودال: مزودرم پاراآگزیال
اسکلروتوم های اکسیپیتال و اولین سرویکال
سه اسکلروتوم اکسیپیتال کائودال نسبت به غضروفهای پاراکودال
سه تراکم مزانشیمی در اطراف ارگانهای حسی:
آلا اوربیتال، آلا تمپورال و پره اوتیک کپسول
تشکیل قاعده جمجمه
ترابکولا کرانی
تشکیل اتموئید
هیپوفیزیال
تشکیل جسم اسفنوئید
پاراکوردال
قاعده اکسیپیتال
آلا اوربیتال:
بال کوچک اسفنوئید
آلا تمپورال:
بال بزرگ اسفنوئید
کپسول پره اوتیک
بخشهای پتروز و ماستوئید
نوروکرانیوم ممبرانوس (درموکرانیوم، Dermal bones)
منشاء
1) نورال کرست
2) مزودرم پارآگزیال
استخوانهای پهن
سقف جمجمه
وجود مراکز استخوان ساز در بخش میانی
وجود سوچورها:
عبور از کانال زایمانی
امکان رشد مغز (کودکی)
فونتانلها
قدامی: تا حدود 18 ماهگی
خلفی: حدود سه ماهگی
طرفی
پوسترولترال (ماستوئید)
آنترولترال (اسفنوئیدال)
خلاصه منشا جنینی نوروکرانیوم
کندروکرانیوم
اتموئید
اسفنوئید
بخشهای پتروز و ماستوئید تمپورال
اکسیپیتال
نوروکرانیوم ممبرانوس
بخش اسکواموس اکسیپیتال
پاریتال
فرونتال
بخش اسکواموس تمپورال
ویسروکرانیوم (اسکلت صورت)
منشا: قوسهای برانشیال
عمدتا دو قوس اول
شرکت قوسهای برانشیال
در اعمال:
جویدن، بلع،
حالت صورت، سخن گفتن
هر قوس برانشیال
مزودرم:
مرکز قوس
اکتودرم:
پوشش بیرونی
اندودرم:
پوشش درونی
شش قوس
(عملا پنچ قوس)
مشتقات قوس اول برانشیال
مشتقات بخش دورسال:
برآمدگی ماگزیلار
ماگزیلا، زایگوماتیک، بخش صدفی تمپورال
و استخوان اینکوس
مشتقات بخش ونترال:
برآمدگی مندیبولار
استخوان مالئوس
تشکیل مندیبل در اطراف غضروف مکل
ناپدید شدن غضروف مکل بجز: استیلومندیبولار لیگامان SMLig
ناهنجاریهای اسکلتی سر و گردن
نقص در مهاجرت نورال کرست
کرانیوشیزیس، عدم تشکیل گنبد جمجمه: انانسفالی
علت: بسته نشدن نوروپور قدامی
کرانیوسینوستوزیس، بسته شدن زودرس سوچورهای جمجمه
اسکافوسفالی (درز ساژیتال)، آکروسفالی (درز کرونال)،
پلاگیوسفالی Tower skull (درز کرونال و لامبدوئید یکطرفه)
ژن تنطیم کننده بسته شدن سوچورها: ترانسفورمینگ گروس فاکتور بتا TGFβ
نقش FGF1-3
کوتولگی
آکندروپلازی: گرفتاری استخوانهای بلند، شایع ترین نوع کوتولگی
دیسپلازی تاناتوفوریک 1 و 2: اختلال در استخوانسازی داخل غضروفی
کوتولگی کشنده در دوران نوزادی
آکرومگالی: پرکاری هیپوفیز و افزایش هورمون رشد
میکروسفالی: عدم رشد مغز
ایجاد جوانه اندام (Initiation phause)
مورفوژنز اندام بین هفته های 4 تا 8
تاخیر یک هفته ای تشکیل اندام تحتانی نسبت به فوقانی
تشکیل اندام از مزودرم سوماتیک صفحه جانبی
در دیواره ونترولترال بدن
تعیین محل تشکیل اندام در امتداد کرانیوکائودال:
توسط هوموباکس ژنها
ناشناخته بودن تحریک اولیه برای تشکیل اندام
شواهدی از ترشح موضعی FGF-8 وجود دارد
اما منشاء تولید کننده ناشناخته است
تحریک FGF-8 وابسته به عمل موضعی RA
مهار سنتز و عمل RA: توقف تشکیل اندام
کاشت مقداری FGF-8 در مزودرم جانبی:
تحریک تشکیل اندام
تکامل اندام
جوانه اندامی:
جوانه پاروئی شکل Paddle shape
مرکز: توده ای مزودرمال
در خارج: لایه ای از اکتودرم
مزودرم اولیه حامل اطلاعات لازم برای ایجاد اندام و اکتودرم عامل محرک
ضخیم شدن اکتودرم: تشکیل AER
بیان FGF-8 در اکتودرم پوشاننده مزودرم: ایجاد AER
تکامل اندام در امتداد سه محور
محور پروگزیمودیستال
توسط AER و با واسطه FGFs و ایجاد Progress Z
محور دورسوونترال
– تثبیت محور فوق قبل از هر گونه رشد قابل تشخیص
– اطلاعات لازم ابتدا در مزودرم سپس اکتودرم
– ایجاد مرکز سیگنال دهنده مورفوژنیک (msc) در اکتودرم دورسال
– بیان کننده ژن Wnt7a
– ژن فوق باعث تحریک بیان Lmx1 (هوموباکس ژن) در مزودرم دورسال و
بیان En1 در اکتودرم ونترال می شود
محور کرانیوکائودال (آنتروپوستریور)
ZPA : دسته ای از سلولها در لبه پوستریور جوانه اندام
تولید رتینوئیک اسید (ویتامین آ) توسط سلولهای فوق
شروع بیان Shh فاکتور تنظیم کننده محور ant post
Apical Ectodermal Ridge
ستیغی از اکتودرم ضخیم شده در امتداد سطح کرانیوکائودال راس جوانه اندام
ساختمانی چند لایه دارای gap junction
القاء تشکیل AER: BMPs
تشکیل AER در مرز بین بیان و عدم بیان
ژن RFدر اکتودرم دورسال و اکتودرم ونترال
FGF4,8، سیگنال تولید شده توسط AER برای تحریک رشد اندام و ایجاد PZ
برداشت ستیغ اکتودرمی راسی:
عدم رشد اندام
Programmed cell death (PCD) آپوپتوزیس
اهمیت آپوپتوزیس در تکامل بعضی از ارگانها
حفره آگزیلا، بین رادیوس و اولنا
تشکیل فضاهای بین انگشتان IPS
PCD در نوک فلانکس دیستال شست
برپایی death clock
مکانیسم دقیق ناشناخته است اما
BMP4: احتمالا پیام منجر به Cell Death
از دست رفتن یکپارچگی AER
خالی شدن IPS بعلت:
مرگ سلولی در مزودرم IPS
مرحله اول آپوپتوزیس:
کاهش میزان FGF2,4 در مزانشیم IPS
Syndactyty : عدم بروز مرگ سلولی
سلولهای مزانشیمال جوانه اندام
سلولهای مزانشیمال با منشاء متفاوت
غیر قابل تشخیص از نظر مورفولوژی
سلولهای با منشاء مزودرم صفحه جانبی:
بافت اسکلتی، همبند و عروق خونی
سلولهای مهاجر با منشاء سومایتها:
تبدیل به سلولهای عضلانی
سلولهای مهاجر با منشاء نورال کرست:
تبدیل به سلولهای شوآن و ملانوسیتها
تکامل استخوانهای اندام
اولین بافتی که علائم آشکاری از تمایز
را نشان می دهد
تراکمی از سلولهای مزانشیمال در
قسمت مرکزی بخش پروگزیمال جوانه اندام
اثر مهاری اکتودرم در تمایز سلولها به غضروف
بیان BMP-2 & 4 توسط سلولهای ناحیه متراکم شده
ترتیب تشکیل استخوانها پروگزیمودیستال است
از طرفی دیگر ترتیب تشکیل عناصر postaxial مقدم بر preaxial است
عناصر postaxial: اولنا، انگشتان 4 و 5 و استخوانهای مچی مربوطه
عناصر preaxial: رادیوس، انگشتان 1 و 2 و 3 و استخوانهای مچی مربوطه
تشکیل مفاصل سینوویال
از طریق جدا شدن استوانه های پیش غضروفی
ابتدا: تبدیل مزانشیم اینترزون به بافت فیبرو الاستیک
تمایز بافت فوق به سه لایه
– یک لایه غضروفی در انتهای هر یک از سطوح
مفصل آینده
– یک لایه سنترال از بافت همبند متراکم
تبدیل لایه سنترال به عناصر درونی مفصل
– ایجاد منیسکها و کروشیت لیگامان از لایه سنترال
– ایجاد واکوئلها در لایه سنترال و ایجاد حفره مفصلی
تشکیل کپسول مفصل از مزانشیم اطراف اینترزون
تاثیر هاکس ژنها در تکامل اندام
هاکس ژنهای 9 تا 13
ایجاد محور پروگزیمودیستال
قطعه قطعه شدن مزودرم پاراآگزیال ایجاد سومایتها (یا حلقه حلقه شدن)
تشکیل ساختارهای حلقوی از مزودرم پاراآگزیال
بنام سومیتومر در روزهای 18 و 19
و در اطراف گره هنسن
تحت تاثیر ژنهای سگمنتیشن زایگوتیک
ایجاد رومبومرها، قوسهای برانشیال، سومایتها
بعد از تشکیل هفت سومیتومر کرانیال
تشکیل اولین جفت سومایت: روز 20 بعد از لقاح
هر روز 3 تا 4 و در نهایت 42 تا 43 سومایت
از بین رفتن 7 سومایت کائودال و باقیماندن 37 سومایت
اوکسیپیتال (4)، سرویکال (8)، توراسیک (12)، لومبار (5)، ساکرال (5) و کوکسیژآل (3)
قطعه قطعه شدن مزودرم پاراآگزیال ایجاد سومایتها (یا حلقه حلقه شدن)
عدم تشکیل سومیتومر بعد از پسرفت گره هنسن
تبدیل سومیتومرها به سومایت تا آخر
بعد از پسرفت گره هنسن
باقیماندن 7 سومیتومر کرانیال
تشکیل اسکلروتوم، میوتوم و درموتوم از سومایت
تشکیل اسکلروتوم از دیواره ونترومدیال
گسترش در اطراف نورال تیوب و نوتوکورد
و شرکت در تشکیل مهره
تشکیل میوتوم
لایه ای جدید از دیواره خلفی سومایت
گسترش میوتوم در جهت ونترال
گسترش درموتوم به زیر اکتودرم
بیان ژنهای تنظیم کننده تمایز سومایت
تکامل ستون مهره ها
تشکیل مهره
توسط یکی شدن چند بخش غضروفی اولیه
سنتروم: از بخش ونترومدیال اسکلروتوم
نورال آرک: از سلولهای لترال اسکلروتوم
تشکیل دنده ها:
از زوائد دنده ای در ناحیه توراسیک
شروع تکامل هر مهره با القاء بخش ونترومدیال اسکلروتوم توسط نوتوکورد و با واسطه Shh
دخالت ژنهای Pax9 و Msx2 از سقف نورال تیوب در تشکیل بخش دورسال (نورال آرک) مهره
دخالت ترکیبی خاص از هوموباکس ژنها در ایجاد مهره های هر ناحیه با ویژگیهای خاصشان
اثر ویتامین A یا رتینوئیک اسید در جابجایی کرانیال یا کائودال مهره ها
تشکیل سنتروم
تقسیم هر اسکلروتوم
به بخشهای کرانیال (سری) و کائودال (دمی)
اتصال بخش کائودال یک اسکلروتوم
با بخش کرانیال اسکلروتوم بعدی:
تشکیل جسم مهره (سنتروم)
ستون مهره ها شامل چند ناحیه است:
اوکسیپیتال، سرویکال، توراسیک، لومبار، ساکرال، کائودال
نیمه کرانیال اولین سگمان سرویکال
با نیمه کائودال چهارمین اسکلروتوم اوکسیپیتال
تشکیل قاعده استخوان اوکسیپیتال
تشکیل دیسک بین مهره ای
مشارکت اسکلروتوم و نوتوکورد
سلولهای اسکلروتوم در مرز تقسیم به دو نیمه کرانیال و کائودال با هم یکی شده
آنولوس فیبروزوس را می سازند
سلولهای نوتوکورد در مرکز آنولوس …
نوکلئوس پولپوزوس را می سازند
از بین رفتن نوتوکورد در ناحیه سنتروم (جسم)
دفورمیتی در ستون فقرات
اسکولیوز: خمیدگی جانبی ستون مهره ها
کیپل فایل: تعداد غیر طبیعی مهره ها
اسپینابیفیدا: شکاف در ستون مهره ها
– تشخیص: اولتراسوند یا آمنیوسنتز، افزایش آلفا فیتوپروتئین
استرنوم
منشا مزودرم سوماتیک
ایجاد دو نوار مزانشیمال در انتهای هفته ششم
غضروفی شدن نوارهای فوق
اتصال دو نوار غضروفی در خط وسط
تقسیم به سگمانها در جهت کرانیوکائودال
ایجاد مراکز استخوانساز تا آخر ماه دوم
یکی شدن سگمانها بهنگام استخوانی شدن
استخوانی شدن زائده گزیفوئید در زمان تولد
تکامل سیستم عضلانی
منشا سیستم عضلانی: مزودرم
باستثنا: میواپیتلیال، میوسیتهای ایریس، میوسیتهای غدد پستان و غدد عرق
از اکتودرم
عضلات اسکلتی
مزودرم پاراآگزیال: سومایتها و سومیتومرها
عضلات قلبی و عضله صاف گوارشی و تنفسی
مزودرم اسپلانکنیک
عضلات صاف عروق و ارکتور پیلی
مزودرم همان موضع
سرنوشت درمومیوتوم
تقسیم هر میوتوم
به اپی و هایپومر
اپی مر به عضلات
عمقی پشت
تقسیم هایپومر به سه لایه عضلانی در دیواره
آنترولترال قفسه سینه و شکم
و عضلات راست در خط وسط
منشا و شکل گیری عضلات نواحی مختلف
تعیین شکل کلی عضله: بافت هم بند
منشا عضلات تنه و اندام: پیشسازهای میوژنیک سومایت
منشا عضلات سر و گردن: سومیتومرها هفتگانه کرانیال، سومایتهای 1 و 2 اوکسیپیتال، پره کوردال پلیت و نورال کرست
پره کوردال پلیت: بعضی از عضلات اکسترینسیک اوکولار
توده متراکم مزودرمی در سمت کرانیال نوتوکورد
ایجاد فیبرهای عضلانی اسکلتی
مصصم شدن سلولهایی از اپی بلاست
جهت تبدیل شدن به سلولهای میوژنیک
تبدیل سلولهای مزانشیمال به میوبلاست
تقسیمات میتوتیک میوبلاستها
تبدیل به سلولهای Postmitotic
شروع به تولید پروتئینهای انقباضی
در Postmitotic myoblasts
یکی شدن میوبلاستها با هم: Myotube
سنتز شدید پروتئین: تروپونین و تروپومیوزین
مهاجرت هسته ها به محیط سلول
Satellite Cells : سلولهای میوژنیک بین
بازال لامینا و سارکولم فیبرعضلانی
عضلات سر و گردن
تعیین شکل عضلات توسط بافت همبند مشتق شده از نورال کرست
منشا عضلات صاف ایریس:
اکتودرم اوپتیک کاپ
اولین و دومین سومیتومر کرانیال
عضلات رکتوس فوقانی، مدیال و تحتانی و اوبلیک تحتانی
سومین سومیتومر کرانیال
اوبلیک سوپریور چشم
چهارمین سومیتومر کرانیال (1th arc)
عضلات جونده، میلوهیوئید، بطن قدامی دیگاستریک،
تنسور تمپانی و تنسور ولی پالاتین
پنجمین سومیتومر
رکتوس لترال چشم
ششمین سومیتومر کرانیال (2th arc)
عضلات حالتی صورت، پلاتیسما، بطن خلفی دیگاستریک،
استیلوهیوئید، استاپدیوس
هفتمین سومیتومر کرانیال (3th arc)
استیلوفارنژیوس
سومایتهای 2 تا 4 اوکسیپیتال و اول سرویکال 4th arc
عضلات کونستریکتور، کریکوتیروئید و لواتور ولی پالاتین
سومایتهای اول و دوم اوکسیپیتال 6th arc
عضلات اینترینسیک حنجره، کریکوتیروئید، تیروآریتنوئید
و عضلات وکال
عضلات اندام
سلولهای میوژنیک مهاجر
بخش ونترال درمومیوتوم سومایت
تحریک سلولها برای ترک سومایت
هپاتیک گروس فاکتور scatter factor
تولید: توسط سلولهای پروگزیمال جوانه اندام
دو توده عضلانی فلکسور و اکستنسور بعد از شکل گیری عناصر اسکلتی
جدا شدن توده های عضلانی و شکل گیری عضلات
اطلاعاتی اندک در مورد نحوه جدا شدن عضلات
یکی شدن میوبلاستها برای ایجاد میوسیتهای چند هسته ای (مولتی نوکلئار)
بافت همبند عضلات
عدم وجود اطلاعات ذاتی برای شکل گیری عضلات
شکل گیری عضلات با هدایت بافت همبند
منشا بافت همبند عضلات، مزودرم جوانه اندام
در صورت عدم ورود سلولهای میوژنیک بداخل جوانه اندام، تاندونها تشکیل شده حتی شکل عضله هم ایجاد شده اما فاقد سلول عضلانی است
تقسیمات سلولهای اقماری و اضافه شدن به سلولهای عضلانی و کمک به اضافه شدن حجم با تولید پروتئینهای ساختمانی و انقباضی
توقف تشکیل میوسیتها جدید بعد از تولد
ورود سلولهای عصبی بداخل جوانه اندام
ورود آکسونهای حرکتی به جوانه اندام در مراحل اولیه تکامل اندام
وجود نظم بسیار در هدایت آکسونها به جوانه اندام
نورونهای مدیال طناب نخاعی: عضلات ونترال
نورونهای لترال طناب نخاعی: عضلات دورسال
ارتباط وضعیت کرانیوکائودال نورونها با وضعیت آنتروپوستریور عضلات اندام
نشانه های موضعی موثر در هدایت الیاف عصبی
عضلات نقشی در هدایت آکسونها ندارند
آکسونهای حسی پس از الیاف حرکتی وارد اندام می شوند و استفاده از آنها برای هدایت
ورود سلولهای نورال کرست (پیشساز سلولهای شوآن) بعد از الیاف حرکتی به جوانه اندام
کامل شدن طرح اصلی عصب دهی عضلات با تشکیل انگشتها
عصب دهی عضلات
عصب دهی عضلات اندام توسط شاخه های ونترال اعصاب نخاعی
شاخه های دورسال Ventral Primary rami به عضلات ناحیه دورسال و شاخه های ونترال VPr به عضلات ناحیه ونترال اندام
عدم توانایی مخروطهای رشد gc آکسونها به نفوذ و رشد در نواحی حاوی مزانشیم متراکم و گلیکوپروتئین
یعنی رشد در مسیرهای مجاز permissive pathways
تنظیم هدایت عصب توسط مواد آزاد شده از عضله در مراحل انتهایی مسیر اعصاب
ایجاد عروق توسط جوانه هایی از آئورت و وریدهای کاردینال و سلولهای اندوژنوس مزودرم جوانه اندام
پایان