Genetic regulation of the cranial cartilage and bone development

Abstract

The skull development is an elaborate sequence of cellular processes, featuring two distinct tissue lineages, a unique transient pluripotent population of neural crest cells and mesodermal cells. Several differences in molecular mechanisms operating during chondrogenesis and skeletogenesis have been demonstrated in cranial bones originating from these different cell lineages. The bones comprising the cranial skeleton are formed through both intramembranous and endochondral ossification, regardless of the origin. The cellular processes involved in the formation of cranial skeletal elements include induction, migration, condensation, differentiation, and proliferation, all of which require sophisticated genetic control. Recent discoveries provide evidence of several signaling pathways and their target genes contributing to cranial skeleton development. The interconnection between individual signaling cascades is extremely complex and creates an entire gene regulatory network. This thesis focuses primarily on genetic programmes controlling the development of neural crest-derived skeletal structures. Keywords: neural crest cells, osteogenesis, chondrogenesis, mesenchymal condensation, gene regulatory network

Vývoj lebky zahrnuje řadu komplexních buněčných procesů, kterých se účastní dvě různé buněčné linie - jedinečná populace tranzientních pluripotentních buněk neurální lišty a buňky pocházející z mezodermu. Mezi kostmi lebky pocházejících z těchto odlišných buněčných linií bylo prokázáno několik rozdílů v molekulárních mechanismech probíhajících v chondrogenezi a osteogenezi. Hlavové kosti vznikají intramembránovou i endochondrální osifikací bez ohledu na svůj původ. Indukce, migrace, kondenzace, diferenciace a proliferace patří mezi buněčné procesy, které vedou k tvorbě hlavových kostí a vyžadují sofistikovanou genovou kontrolu. Výsledky nejnovějších studií dokazují roli několika signálních drah a jejich cílových genů ve vývoji lebky. Jednotlivé signální kaskády jsou velmi složitě propojené a společně vytvářejí genovou regulační síť. Tato práce se věnuje především genetickým programům, které ovládají vývoj kosterních struktur pocházejících z neurální lišty. Klíčová slova: buňky neurální lišty, osteogeneze, chondrogeneze, mezenchymální kondenzace, genová regulační síť