小鼠内耳的发育及其感觉器官的起源

小鼠内耳中假定的感觉器官

为了确定可作为小鼠内耳假定感觉器官标记物的基因，提出了两个标准：（1）该基因应在耳囊早期激活；（2）其表达应持续到感觉器官组织学鉴定。在为此目的测试的多个基因中，骨形态发生蛋白4和Fng公司符合两个标准。结果>30就地杂交实验和关键发育阶段的三维重建表明骨形态发生蛋白4是小鼠内耳三嵴的早期标记，而Fng公司是椭圆黄斑、球状黄斑和耳蜗的早期标志物。在这两种情况下，最初在耳囊中观察到的表达斑块持续存在，并且可以追踪到各种感觉结构在组织学和形态学上都得到明确定义。更详细的描述骨形态发生蛋白4和Fng公司内耳发育过程中的基因表达如下所述。

骨形态发生蛋白4和Fng公司9～11dpc的表达

分析骨形态发生蛋白4和Fng公司用全山法检测内耳发育早期的基因表达模式就地杂交。在9 dpc时，当placode开始内陷，骨形态发生蛋白4在耳杯后缘检测到mRNA（图。​（图22A类,箭头). 9.5 dpc时，内翻加深，形成耳囊。骨形态发生蛋白4转录物作为一种相当弥散的信号留在耳囊后部（图。​（图22B类,箭头). 在10.25 dpc时，后部杂交信号局限于后部病灶（图。​（图22C类,箭头). 此外，在耳囊的前外侧部出现了一条杂交信号（图。​（图22C类,箭头). 这种前部条纹似乎突然出现，与后部杂交信号无关。在11 dpc时骨形态发生蛋白4信号保持不变，而后部病灶向腹侧扩张（数据未显示）。

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图2。

顶部。基因表达模式骨形态发生蛋白4和Fng公司小鼠内耳的整体发育过程就地杂交。9 dpc时，骨形态发生蛋白4在耳杯后缘检测到表达(A类,箭头)，而Fng公司转录本位于耳杯的最腹部(D类,箭头). 9.5 dpc时，骨形态发生蛋白4在耳囊后部广泛表达(B类,箭头).Fng公司转录物定位于耳囊的最前腹侧部分(E类,箭头). 10.25 dpc时，骨形态发生蛋白4在两个不同的区域表达，一个是后部病灶，另一个是前部条纹(C类,箭头,箭头）。Fng公司转录本仅限于耳囊的最前腹象限(F类,箭头). 方向：A类，前部；D类，背部。比例尺，100μm。

从9到11 dpc，Fng公司表达的范围比骨形态发生蛋白4。在9 dpc时，Fng公司在耳杯的最腹部检测到mRNA（图。​（图22D类,箭头). 9.5 dpc时，Fng公司在耳囊的最前腹侧部分表达为“逗号”形状（图。​（图22E类,箭头). 减少10.25 dpc，Fng公司表达仅限于耳囊的最前腹象限（图。​（图22F类,箭头). A类似Fng公司在11dpc时观察到表达模式。尽管骨形态发生蛋白4-和Fng公司-阳性区域在10.75和11dpc时似乎彼此非常接近，探测交替截面骨形态发生蛋白4和Fng公司mRNAs表明两个阳性区域彼此不重叠（数据未显示）。进一步分析骨形态发生蛋白4和Fng公司用内耳连续冰冻切片进行后期表达谱分析。

骨形态发生蛋白411.5～13dpc的表达

在11.5 dpc时骨形态发生蛋白4耳囊肿的外侧持续存在（图。​（图3三A类,B类). 然而，在12 dpc时骨形态发生蛋白4杂交信号分为前焦点和侧焦点。这两个病灶分别对应于假定的上嵴和外侧嵴（图。​（图44A类,供应链,信用证). 图中12 dpc内耳的三维重建显示了两个嵴的相对位置​图55,A类和B类.在13 dpc时，骨形态发生蛋白413dpc内耳的三维重建显示，转录物存在于前嵴和外侧嵴中（图。​（图55C类,D类). 到了这个年龄，内耳的形态更加明显（与图。​图11D类,​,55C类)两嵴的相对位置接近成熟内耳的位置。

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图4。

基因表达模式骨形态发生蛋白4和Fng公司12dpc时发育中的内耳。所有面板均为水平截面，以便胚胎的前部朝向顶部。每个部分的级别在耳形图中表示右下角.F类和F′为12μm相邻截面。骨形态发生蛋白4在四个不同的领域表达。前条纹骨形态发生蛋白411.5dpc处的信号已经分裂成假定的上嵴和外侧嵴(A类,供应链,信用证)、和骨形态发生蛋白4仍在后嵴表达(B类,个人电脑). 这个lco公司属于骨形态发生蛋白4变得更加精细，起源于内耳的外侧部分，并扩展到耳蜗的更大弯曲处(D类,E类,F类,铝合金).Fng公司在两个不同的区域表达。最背侧的区域是推测的脐黄斑(C类,亩). 最腹面的区域是耳蜗，信号发源于基底弯的内侧，延伸至耳蜗的小弯曲(E′,F′,主控制器).骨形态发生蛋白4和Fng公司在耳蜗尖端的一个小区域内同时表达(F类,F′,括号).NT-3型基因表达与Fng公司在耳蜗里(F“).信用证侧嵴；lco公司侧耳蜗杂交信号；主控制器内侧耳蜗杂交信号；亩，椭圆囊斑；个人电脑后嵴；供应链上嵴。方向：A类，前部；L（左），侧面。比例尺，100μm。 

在11.5 dpc时骨形态发生蛋白4信号分裂成背部斑点和腹部条纹，对应后嵴（图。​（图3三B类,个人电脑)和侧耳蜗杂交信号（lco）（图。​（图3三D类,E类,lco公司). lco位于耳囊肿的后极。它起源于后嵴的腹外侧（图。​（图3三D类)并向耳蜗原基远端腹侧扩张（图。​（图3三E类). 在12 dpc时，骨形态发生蛋白4转录本存在于后嵴（图。​（图44B类,个人电脑)而侧耳蜗的杂交信号变得更加复杂。lco的背尖受到限制，位于内耳的外侧（图。​（图44D类,lco公司). 当这种杂交信号在腹侧扩张时，它包裹着内耳的后极（图。​（图44E类,铝合金)并沿着卷曲耳蜗的大曲率继续（图。​（图44F类,lco公司). 图中内耳的三维重建可以更好地理解lco的模式​图5，5,A类和B类从这次重建中，很明显骨形态发生蛋白4遵循未来耳蜗的形状。这种杂交信号类似于一条带状物，它起源于假定的后嵴的前前外侧，并延伸至耳蜗的大曲率（对比图。​图11E类,​,55A类,B类). 13 dpc时，骨形态发生蛋白4转录物保留在后嵴和耳蜗大弯曲处，如图中的三维重建所示​图5，5,C类和D类.

Fng公司11.5～13dpc的表达

在11.5dpc时Fng公司-阳性区域位于骨形态发生蛋白4信号（图。​（图3三C类). 这个Fng公司信号起源于耳囊的前外侧部分，并向腹侧和内侧延伸（图。​（图3三C类,D类,E类). 在耳囊的腹侧，Fng公司在内侧表达，包括骨形态发生蛋白4（图。​（图3，三，比较D类,D′,E类,E′). 然而，Fng公司转录本在前内侧区高度丰富（图。​（图3三E类,括号)，而骨形态发生蛋白4转录本集中于此Fng公司-正域（图。​（图3三E类,括号). 在12 dpc时Fng公司表达结构域分为两个病灶，一个位于背侧，一个位于腹侧。背侧病灶标记为假定的椭圆黄斑，位于耳囊外侧部，假定的上嵴和外侧嵴腹侧（图。​（图44C类,​,55A类,B类,亩). 腹侧病灶为内侧耳蜗杂交信号（mco），位于耳囊内侧（图。​（图44E类,主控制器)发源于耳蜗原基水平，并在腹侧扩展至卷曲耳蜗的较小曲率（图。​（图44F类,主控制器).Fng公司和骨形态发生蛋白4转录物在卷曲耳蜗尖端的一个小区域内共存（图。​（图44F类,F′,括号,​,55A类,白色条纹). 要确定骨形态发生蛋白4或Fng公司表达域产生了感觉细胞，我们将其表达与其他潜在的假定感觉细胞标记进行了比较，如NT-3型和溴-3.1.NT-3型在这种情况下被证明是一个有用的标记。我们的结果表明NT-3型与的相似Fng公司从10.75到12 dpc（未显示数据）。杂交信号NT-3型在12 dpc时与Fng公司-正域（图。​（图4，4，比较F类,F“)这表明这是将发育成感觉细胞的区域。

在13 dpc时Fng公司与12dpc时相比，椭圆黄斑的信号更为水平（图。​（图5，5，比较A类,C类). 如三维结构所示，mco的背部向前扩张，形成黄斑球状体（图。​（图55C类,D类,毫秒). mco的腹侧部分局限于耳蜗的小弯曲。Fng公司和骨形态发生蛋白4在耳蜗尖端的一个小区域内保持共存（图。​（图55D类,星号). 此外，13 dpcFng公司转录本出现在所有三个嵴中，因此与骨形态发生蛋白4（图。​（图55C类,D类,供应链,个人电脑,信用证).

感觉器官的起源

骨形态发生蛋白4和Fng公司在耳杯状期早期和感觉器官组织分化之前表达。在这些阶段，骨形态发生蛋白4作为三个嵴的标记Fng公司作为两个黄斑和耳蜗的标记物。虽然这些基因在老年人的大多数感觉器官中的表达重叠，但我们已将其用作标记物，以确定出现的时间以及每个假定感觉器官在小鼠内耳中的大致位置。假定的感觉器官被认为是分子定义的，当骨形态发生蛋白4或Fng公司表达域不同。根据我们的结果，后嵴出现在11.5 dpc。12dpc时出现脐点、上嵴和外侧嵴。黄斑球囊和耳蜗在13dpc时可区分，但在14dpc前保持连接。这里描述的每个假定感觉器官的位置与在体外11、12dpc小鼠耳囊肿的命运定位研究(Li等人，1978年).

早期对鸡使用骨形态发生蛋白4作为一种感觉器官标记，鸡内耳中的所有感觉器官都是相互独立产生的(吴和欧，1996年). 相反，这里的结果表明，在小鼠中，上嵴和外侧嵴可能具有共同的起源，这一点可以通过单个骨形态发生蛋白4-耳囊肿前部的阳性区域（前条纹），后来被视为两个不同的区域。同样，根据以下基因的表达模式，椭圆黄斑、球状黄斑和耳蜗也可能有共同的起源：Fng公司有趣的是，之前的一项组织学研究表明，在一些两栖动物物种中，两个感觉器官（两栖动物乳头和忽视乳头）最初是连接在一起的，但后来在发育过程中分离(Fritzsch和Wake，1988年). 然而，值得注意的是，从杂交信号或组织学的静态图像推断感觉器官之间的谱系关系仍然是推测性的。此外，由于用于感觉器官鉴定的标记物在鸡和小鼠研究中不完全相同，尚不清楚这些结果是否反映了两个物种之间感觉器官发生起源的根本差异（关于鸡的感觉器官发生模型，请参阅Fekete，1996年;Kiernan等人，1997年). 进一步的证据必须来自更多的比较研究和使用细胞示踪剂绘制的命运图。

尽管如此，尽管存在共同的感觉起源问题，但两个嵴（上嵴和侧嵴）以及两个黄斑和耳蜗之间共享的杂交区域表明，感觉器官可能是成簇组织的，因此簇内的感觉器官在发育上相互关联。长期以来，人们一直怀疑黄斑球囊和耳蜗在发育上有联系。这种观点来源于对小鼠中一组突变的鉴定(《钢铁与布朗》，1994年)和人类(杰克勒，1993)其中只有球囊和耳蜗受到影响。在小鼠中，这些缺陷是由血管纹畸形引起的，导致耳蜗内的内耳电位丧失(Steel等人，1987年)以及随后感觉器官中感觉毛细胞的退化。因此，这些缺陷很可能反映了这两个感觉器官对内耳电位完整性的相互依赖性，而不是它们实际上可能有共同的起源。然而，在人类中，被描述为耳蜗球囊发育不良的缺陷更提示了球囊和耳蜗的一个常见发育问题(奥尔默罗德，1960年;杰克勒，1993). 这个Fng公司这里描述的表达结果提供了这两个感觉器官发育相关的第一个分子证据。