セロトニンシグナル伝達は、ひよことカエル胚の左右軸のパターン化の非常に早い段階です

背景：一貫した左右（LR）非対称性は、発達的および進化生物学の魅力的な問題です。脊椎動物間の初期のLRパターニングステップの保存と、非タンパク質小分子メッセンジャーの関与は非常によく理解されていません。セロトニン（5-HT）は、生理学と認知において重要な役割を果たす重要な神経伝達物質です。LRパターニングには妊娠前のセロトニンシグナル伝達が必要であるという仮説をテストし、ひよことカエル胚の5-HT経路を特徴付けました。 結果：薬理学的スクリーニングは、非対称遺伝子発現とアフリカツメガエル胚における内臓の正しさの正しさの確立における、受容体R3およびR4を介した内因性シグナル伝達と、モノアミンオキシダーゼ（MAO）の活性を介した内因性シグナル伝達を関係させました。HPLCおよび免疫組織化学分析は、キセノパスの卵には、切断段階で徐々に分解されるセロトニンの母体供給が含まれていることを示しています。カエル胚におけるセロトニンの動的局在には、ギャップ接合部とH、k-ATPase関数が必要です。右腹側ブラストメアへの損失および機能獲得構造のマイクロインジェクションは、非対称性を無作為化します。ニワトリ胚では、R3およびR4活性は音響ハリネズミの発現の非対称性の上流です。Maoはノードで非対称に表現されています。 結論：セロトニンは非常に初期のひよことカエル胚に存在します。5-HT経路機能は正常な非対称性に必要であり、非対称遺伝子発現の上流です。マイクロインジェクションデータは、4細胞段階でカエル胚に存在する非対称性を明らかにし、新規細胞内5-HTメカニズムを示唆しています。これらの機能的および局所化データは、神経伝達物質セロトニンの新しい役割を特定し、2つの脊椎動物種に保存された非常に初期の左右パターンの義務的な側面として寛容なセロトニン作動性シグナル伝達を挙げます。

BACKGROUND: Consistent left-right (LR) asymmetry is a fascinating problem in developmental and evolutionary biology. Conservation of early LR patterning steps among vertebrates as well as involvement of nonprotein small-molecule messengers are very poorly understood. Serotonin (5-HT) is a key neurotransmitter with crucial roles in physiology and cognition. We tested the hypothesis that LR patterning required prenervous serotonin signaling and characterized the 5-HT pathway in chick and frog embryos. RESULTS: A pharmacological screen implicated endogenous signaling through receptors R3 and R4 and the activity of monoamine oxidase (MAO) in the establishment of correct sidedness of asymmetric gene expression and of the viscera in Xenopus embryos. HPLC and immunohistochemistry analysis indicates that Xenopus eggs contain a maternal supply of serotonin that is progressively degraded during cleavage stages. Serotonin's dynamic localization in frog embryos requires gap junctional communication and H,K-ATPase function. Microinjection of loss- and gain-of-function constructs into the right ventral blastomere randomizes asymmetry. In chick embryos, R3 and R4 activity is upstream of the asymmetry of Sonic hedgehog expression. MAO is asymmetrically expressed in the node. CONCLUSIONS: Serotonin is present in very early chick and frog embryos. 5-HT pathway function is required for normal asymmetry and is upstream of asymmetric gene expression. The microinjection data reveal asymmetry existing in frog embryos by the 4-cell stage and suggest novel intracellular 5-HT mechanisms. These functional and localization data identify a novel role for the neurotransmitter serotonin and implicate prenervous serotonergic signaling as an obligate aspect of very early left-right patterning conserved to two vertebrate species.