1. Cephalokaudale und laterale Faltung

1. Morphogenetischer Kontext

Die kranio-kaudale und laterale Faltung verwandeln die relativ flache dreischichtige Keimscheibe während der frühen Embryonalentwicklung in eine dreidimensionale Körperkonfiguration. Beim Menschen finden diese Bewegungen hauptsächlich in der vierten Woche statt. Die kranio-kaudale Faltung biegt die kranialen und kaudalen Regionen ventral, was zur Neupositionierung der kardiogenen Region und zum Einbau des Vorderdarm- und Hinterdarm-Endoderms beiträgt. Die laterale Faltung führt die lateralen Embryonalränder zur ventralen Mittellinie hin, was zum Verschluss der Körperwand und zur Bildung des Urindarmrohrs beiträgt.

Diese Bewegungen beinhalten die koordinierte Verformung von Ektoderm, Mesoderm und Endoderm innerhalb einer mechanisch gekoppelten embryonalen und extraembryonalen Umgebung.

2. Zelluläre und biomechanische Mechanismen

Die Faltung beinhaltet Gewebeverformungen, die durch Wechselwirkungen zwischen Zellformveränderungen, gerichteten Zellumlagerungen, Actomyosin-Kontraktilität, differentialem Wachstum und der Mechanik der EZM entstehen. Ihre relativen Beiträge hängen vom Gewebe und vom Entwicklungsstadium ab.

Studien an Hühnerembryonen zeigen, dass die Kopffaltung Konvergenz-Extension, Zellkeilung und die Verformung von Geweben um die Neuralplatte herum umfasst. Experimentelle Manipulationen der EZM in Hühnerembryonen zeigen ferner, dass elatische Kräfte im Zusammenhang mit der Seitenplatten-EZM zur ventralen Körperfaltung beitragen. Eine Störung des Fibrillin-Netzwerks reduziert diese Biegespannung und stört die Faltung.

Diese Ergebnisse stützen die Beiträge sowohl zellulärer als auch EZM-abgeleiteter Kräfte. Mechanische Einschränkungen durch extraembryonale Gewebe können die embryonale Verformung ebenfalls beeinflussen, obwohl ihr relativer Beitrag noch nicht vollständig geklärt ist.

3. Molekulare Signalwege im Zusammenhang mit der kranio-kaudalen Faltung

Die Nodal–SMAD-Signalübertragung reguliert die Keimblattspezifikation, während die FGF-Signalübertragung zur Primitivstreifenaktivität und zur Mesodermzellmigration beiträgt. Die Wnt/Planar-Cell-Polarity-Signalübertragung reguliert die planare Polarität und Konvergenz-Extension, und die Retinsäure-Signalübertragung trägt zur anterio-posterioren Musterbildung bei.

Diese Signalwege etablieren die Gewebeidentität, Polarität und Organisation, die für die nachfolgende Morphogenese erforderlich sind. Der Nachweis ihrer Beteiligung an der frühen Embryogenese belegt jedoch nicht zwangsläufig eine direkte Rolle bei der mechanischen Ausführung der kranio-kaudalen Faltung.

4. Molekulare und zelluläre Prozesse bei der lateralen Faltung

Die laterale Faltung umfasst die koordinierte Verformung der Seitenplatte, des Oberflächenektoderms und des Endoderms. Die EZM-assoziierte elastische Spannung in der Seitenplatte liefert den direkten experimentellen Nachweis für einen mechanischen Beitrag zur Körperfaltung.

Actomyosin-Kontraktilität, Zell-Zell-Adhäsion und Integrin–EZM-Interaktionen können die Gewebemechanik und -verformung regulieren. BMP, FGF und Shh haben etablierte Rollen bei der Gewebemusterung und -organisation während dieses Zeitraums, ihr spezifischer Beitrag zur Mechanik der lateralen Faltenanhebung ist jedoch weniger direkt nachgewiesen.