مواضيع المحاضرة:
background image

 Chapter 5 

Third Week of 

Development: 

Trilaminar Germ Disc 

  


background image

A. Implantation site at the end 
of the second week.  
B. Representative view of the 
germ disc at the end of the 
second week of development. 
The amniotic cavity has been 
opened to permit a view of the 
dorsal side of the epiblast. The 
hypoblast and epiblast are in 
contact with each other, and 
the primitive streak forms a 
shallow groove in the caudal 
region of the embryo. 

Gastrulation (Formation Of Embryonic Mesoderm 
And Endoderm) 


background image

Gastrulation  

• Gastrulation: Third week of gestation 

– Process that establishes all three germ layers (ectoderm, mesoderm, and 

endoderm).  

– Begins with formation of the primitive streak on the surface of the epiblast.  

• The primitive node surrounds the small primitive pit.  
• Invagination: cells of the epiblast migrate toward the primitive streak and slip 

beneath it.  

• Controlled by fibroblast growth factor 8 (FGF8),  
• Once the cells have invaginated, some displace the hypoblast, creating the 

embryonic endoderm, and others come to lie between the epiblast and newly 
created endoderm to form mesoderm

• Cells remaining in the epiblast then form ectoderm.  
• Thus, the epiblast, through the process of gastrulation, is the source of all of the 

germ layers. 

• cells in these layers will give rise to all of the tissues and organs in the  embryo. 
• They contact with the extra embryonic mesoderm covering the yolk sac and 

amnion.  


background image

Invagination  

A. Dorsal side of the germ disc from a 16-day embryo 
indicating the movement of surface epiblast cells (solid 
black lines) through the primitive streak and node and 
the subsequent migration of cells between the 
hypoblast and epiblast  (broken lines).  

B. Cross section through the cranial region of the 
streak at 15 days showing invagination of epiblast 
cells. The first cells to move inward displace the 
hypoblast to create the definitive endoderm. 
Once definitive endoderm is established, inwardly 
moving epiblast  forms mesoderm.  

C. Dorsal view of an embryo showing the primitive 
node and streak and a cross section through the 
streak. Arrow, detaching epiblast cells in the 
primitive streak. 


background image

FORMATION OF THE NOTOCHORD 

Prenotochordal cells invaginate in primitive 
node, reach prechordal plate 

Prenotochordal cells + hypoblast = 
notochordal plate.  

Notochordal plate then forms a solid cord of 
cells, the definitive notochord 

The notochord underlies the neural tube and 
serves as the basis for the axial skeleton. 

The notochord and prenotochordal cells 
extend cranially to the prechordal plate (an 
area just caudal to the oropharyngeal 
membrane) and caudally to the primitive pit.  

The oropharyngeal membrane at the cranial end of the disc consists of a small region of 
tightly adherent ectoderm and endoderm cells that represents the future opening of 
the oral cavity 

The cloacal membrane is formed at the caudal end of the embryonic disc consists of 
tightly adherent ectoderm and endoderm cells with no intervening mesoderm.  

The allantoenteric  diverticulum, or allantois:  from  the posterior wall of the yolk sac, 
extends into the connecting stalk.  

 


background image

ESTABLISHMENT OF THE BODY AXESE  

Body axes, antero-posterior, dorso-ventral, and left–right, takes place before  and during the 
period of gastrulation.  

Sagittal section through the node and primitive streak showing the expression pattern of 
genes regulating the cranio- caudal and dorso- ventral axes.  

 

Antero-posterior axis 

Cells at the prospective cranial end of the embryo in the anterior visceral endoderm 
(AVE) 
express the transcription factors OTX2, LIM1,and HESX1and the secreted factor 
cerberus and lefty which inhibit nodal activity in the cranial end of the embryo. These 
genes establish the cranial end of the embryo before gastrulation. 

Dorso-ventral axis 

• The node is the ORGANIZER (nodal)
• Nodal is involved in initiating and maintaining 

the primitive streak. 

• Once the streak is formed and gastrulation is 

progressing, bone morphogenetic protein 

(BMP4; hatched areas), secreted throughout 

the bilaminar disc, acts with FGF to ventralize 

mesoderm into kidneys (intermediate 

mesoderm) and blood and body wall 

mesoderm (lateral plate mesoderm)
 


background image

The Node Is The Organizer. 

• All mesoderm would be ventralized if the activity of BMP4 were not 

blocked by other genes expressed in the node. For this reason the node 
is the organizer. 

• These genes are: Chordin (activated by the transcription factor 

Goosecoid)noggin and follistatin antagonizes the activity of BMP4.  

• As a result, cranial mesoderm is dorsalized into notochord , somites and 

somitomeres in the head region.  

Goosecoid gene 

• Because Goosecoid activates inhibitors of BMP4 and regulates head 

development, over or under expression of this gene results in severe 
malformation in the head region: as duplications of head as in some types 
of conjoined twins

 


background image

Conjoined twins 

• If the gene Goosecoid is overexpressed in frog 

embryos, the result is a two-headed tadpole. 
Perhaps, overexpression of this gene explains the 
origin of this type of conjoined twins 

Brachyury (T) gene 

• Regulation of dorsal mesoderm formation in middle and caudal regions is 

controlled by the Brachyury (T) gene expressed in the node. 

• Absence of Brachyury (T) gene results in shortening of the embryonic axis 

(caudal dysgenesis). 


background image

Caudal dysgenesis (sirenomelia) 

Insufficient mesoderm is formed in the 
caudal most region of the embryo. 
Because this mesoderm contributes to 
formation of the lower limbs, urogenital 
system (intermediate mesoderm), and 
lumbosacral vertebrae, abnormalities in 
these structures ensue. Affected 
individuals exhibit a variable range  of 
defects, including hypoplasia and fusion 
of the lower limbs, vertebral 
abnormalities, renal agenesis, 
imperforate anus, and anomalies of the 
genital organs.  
•In humans, the condition is associated 
with maternal diabetes and other 
causes. 
•In mice, abnormalities of Brachyury(T) 
produce a similar phenotype. 

A, B. Two examples of sirenomelia (caudal 
dysgenesis). Loss of mesoderm in the 
lumbosacral region has resulted in fusion 
of the limb buds and other defects. 


background image

Gene expression patterns responsible for left-right body axis 

• Left–right asymmetry is regulated by a cascade of genes; first, FGF8

secreted by cells in the node and streak,  induces Nodal and LEFTY-2 
expression on the left side.  

• These genes up-regulate PITX2, a transcription factor responsible for left-

sidedness. 

• Heart, stomach and other gut primordia. 


background image

Fate map established during gastrulation 

• Epiblast cells moving through the node and 

streak are predetermined by their position 
to be-come specific types of mesoderm and 
endoderm. Thus, it is possible to construct a 
fate map of the epiblast showing this pattern 

Dorsal view of the germ disc showing the primitive streak and a fate map for epiblast cells. 
Specific regionsof the epiblast migrate through different parts of the node and streak to form 
mesoderm. Thus, cells migrating at the cranial most part of the node will form the notochord 
(n); those migrating more posteriorly through the node and cranial most aspect of the streak 
will form paraxial mesoderm (pm;somitomeres and somites); those migrating through the 
next por-tion of the streak will form intermediate mesoderm (im;urogenital system); those 
migrating through the more caudal partof the streak will form lateral plate mesoderm 
(lpm;body wall); and those migrating through the most caudal part will contribute to 
extraembryonic  mesoderm (eem;chorion) 


background image

Teratogenesis associated with gastrulation 

• Beginning of 3

rd

 wk:  

• Gastrulation 
• Sensitive to teratogenes: fate map to organ systems: eyes & brain 
• Alcohol: HOLOPROSENCEPHALY 
• Genetic abnomalities:  

– caudal dysgenesis (sirenomelia):  

• maternal diabetes  
• abnormalities of Brachyury (T)  

 

Situs inversus 

(complete) 

• A condition in which transposition of the viscera in the thorax and 

abdomen occurs.  

• With few other structural abnormalities 
• With bronchiectasis and chronic sinusitis 

– because of abnormal cilia (Kartagener syndrome).   


background image

Laterality sequences  

• do not have complete situs inversus  
• predominantly bilaterally left-sided or right-sided  
• The spleen reflects the differences 
• left-sided bilaterality have polysplenia 
• right-sided bilaterality have asplenia or hypoplastic spleen.  
• Patients with laterality sequences are also likely to have other 

malformations, especially heart defects.  

Sacrococcygeal teratoma  

• Tumors Associated With Gastrulation 
• remnants of the primitive streak persist in the 

sacrococcygeal region. These clusters of pluripotent cells 
proliferate and form tumors, known as sacrococcygeal 
teratomas, that commonly contain tissues derived from all 
three germ layers.  

• This is the most common tumor in newborns, occurring 

with a frequency of one in 37,000. These tumors may also 
arise from primordial germ cells that fail to migrate to the 
gonadal ridge. 


background image

Further development of the trophoblast 

• The trophoblast progresses rapidly. 
• Primary villi obtain a mesenchymal core in which small capillaries arise.  

When these villous capillaries make contact  with capillaries in the 
chorionic plate and connecting stalk, the villous system is ready to supply 
the embryo with its nutrients and oxygen 

A 13-day-old implantation site showing 
primary villi of the trophoblastic shell 
just beginning to be invaded by 
mesoderm from the chorionic plate. 

Development of a villus.  


background image

Longitudinal section through a villus at the end of the third week of development. 
Maternal vessels penetrate the cytotrophoblastic shell to enter intervillous spaces, 
which surround the villi. Capillaries in the villi are in contact with vessels in the 
chorionic plate and in the connecting stalk, which in turn are connected to intra 
embryonic vessels 


background image

Presomite embryo and the trophoblast at the end of the third week. Tertiary and 
secondary stem villi give t he trophoblast a characteristic radial appearance. 
Intervillous spaces, which are found throughout the trophoblast, are lined with 
syncytium. Cytotrophoblastic cells surround the trophoblast entirely and are in direct 
contact with the endometrium. The embryo is suspended in the chorionic cavity by 
means of the connecting stalk 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 235 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل