The tetrapod appendicular skeleton is initiated as spatially patterned mesenchymal condensations. The size and spacing of these condensations in avian limb buds are mediated by a reaction-diffusion-adhesion network consisting of galectins Gal-1A, Gal-8 and their cell surface receptors. In cell cultures, the appearance of condensations is synchronized across distances greater than the characteristic wavelength of their spatial pattern. We explored the possible role of observed oscillations of the transcriptional co-regulator Hes1 in this phenomenon. Treatment of micromass cultures with DAPT, a γ-secretase inhibitor, damped Hes1 oscillations, elevated Gal-1A and -8 mRNA levels, and led to irregularly-sized proto-condensations that subsequently fused. In developing limb buds, DAPT led to spatially non-uniform Hes1 expression and fused, truncated and misshapen digits. Periodicity in adhesive response to Gal-1A, a plausible Hes1-dependent function, was added to a previously tested mathematical model for condensation patterning by the two-galectin network. The enhanced model predicted regularization of patterning due to synchronization of Hes1 oscillations and resulting spatiotemporal coordination of its expression. The model also predicted changes in galectin expression and patterning in response to suppression of Hes1 expression, which were confirmed in in vitro experiments. Our results indicate that the two-galectin patterning network is regulated by Hes1 dynamics, the synchronization of which refines and regularizes limb skeletogenesis.

中文翻译：

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Hes1 振荡的同步协调和细化了鸟类肢体骨骼的凝结形成和图案化

四足动物的附肢骨骼起始于空间模式的间充质浓缩物。鸟类肢芽中这些冷凝物的大小和间距是由由半乳糖凝集素 Gal-1A、Gal-8 及其细胞表面受体组成的反应-扩散-粘附网络介导的。在细胞培养中，凝结的出现在大于其空间模式特征波长的距离上同步出现。我们探讨了观察到的转录共调节因子 Hes1 的振荡在这种现象中的可能作用。用 DAPT（一种 γ-分泌酶抑制剂）处理微团培养物，抑制了 Hes1 振荡，提高了 Gal-1A 和 -8 mRNA 水平，并导致不规则大小的原缩合随后融合。在发育的肢芽中，DAPT 导致空间上不均匀的 Hes1 表达并融合，截断和畸形的数字。对 Gal-1A 的黏附反应的周期性，这是一个似是而非的 Hes1 依赖函数，被添加到先前测试的数学模型中，用于通过双半乳糖凝集素网络形成冷凝图案。由于 Hes1 振荡的同步及其表达的时空协调，增强模型预测了模式化的正则化。该模型还预测了半乳糖凝集素表达和模式的变化，以响应 Hes1 表达的抑制，这在体外实验中得到证实。我们的结果表明，双半乳糖凝集素模式网络受 Hes1 动力学调节，其同步细化和规范肢体骨骼发生。被添加到先前测试的数学模型中，用于通过双半乳糖凝集素网络形成冷凝图案。由于 Hes1 振荡的同步及其表达的时空协调，增强模型预测了模式化的正则化。该模型还预测了半乳糖凝集素表达和模式的变化，以响应 Hes1 表达的抑制，这在体外实验中得到证实。我们的结果表明，双半乳糖凝集素模式网络受 Hes1 动力学调节，其同步细化和规范肢体骨骼发生。被添加到先前测试的数学模型中，用于通过双半乳糖凝集素网络形成冷凝图案。由于 Hes1 振荡的同步及其表达的时空协调，增强模型预测了模式化的正则化。该模型还预测了半乳糖凝集素表达和模式的变化，以响应 Hes1 表达的抑制，这在体外实验中得到证实。我们的结果表明，双半乳糖凝集素模式网络受 Hes1 动力学调节，其同步细化和规范肢体骨骼发生。该模型还预测了半乳糖凝集素表达和模式的变化，以响应 Hes1 表达的抑制，这在体外实验中得到证实。我们的结果表明，双半乳糖凝集素模式网络受 Hes1 动力学调节，其同步细化和规范肢体骨骼发生。该模型还预测了半乳糖凝集素表达和模式的变化，以响应 Hes1 表达的抑制，这在体外实验中得到证实。我们的结果表明，双半乳糖凝集素模式网络受 Hes1 动力学调节，其同步细化和规范肢体骨骼发生。