Abnormal Branching and Regression of the Notochord and its Relationship to Foregut Abnormalities

Abstract

An abnormally positioned notochord has been reported in embryos that develop foregut abnormalities, vertebral defects and other abnormalities of the VATER association. This study examines the patterns of regression of the abnormal notochord in the rat model of the VATER association and investigates the relationship between developmental abnormalities of the notochord and those of the vertebra and foregut.

Timed-pregnant Sprague-Dawley rats were given daily intraperitoneal injections of 1.75 mg/kg adriamycin on gestational days 6 - 9 inclusive. Rats were sacrificed between days 14 and 20 and their embryos harvested, histologically sectioned and stained and examined serially. The location and appearance of the degenerating notochord and its relationship to regional structural defects were analysed.

All 26 embryos exposed to adriamycin developed foregut abnormalities and had an abnormal notochord. The notochord disappeared by a process of apoptotic degeneration that lagged behind that of the normal embryo: the notochord persisted in the abnormal embryo beyond day 17, whereas in the normal rat it had already disappeared. Similarly, formation of the nucleus pulposus was delayed. Vertebral abnormalities occurred when the notochord was ventrally-positioned.

The notochord disappears during day 16 in the normal embryo whereas abnormal branches of the notochord persist until day 19 in the adriamycin-treated embryo. Degeneration of the notochord is dominated by apoptosis. An excessively ventrally-placed notochord is closely associated with abnormalities of the vertebral column, especially hemivertebrae.

Résumé

Une position anormale de la notocorde a été rapportée chez les embryons qui développent des anomalies de la partie proximale du tube digestif, des défauts vertébraux et les autres anomalies de l'association VATER. Le travail étudie la régression de la notocorde anormale dans un modèle de rat présentant l'association VATER et étudie les relations entre les anomalies du développement de la notocorde et celles des vertèbres et du tube digestif proximal. A des rats Sprague-Dawley est injecté chaque jour en intra-péritonéal, du 6^ème au 9^ème jour de la gestation, 1.75 mg/kg d'adriamycine. Les rats sont sacrifiés entre le 14^ème et le 20^ème jours et leurs embryons recueillis et examinés. La localisation et l'aspect de la notocorde en voie de dégénérescence et les relations avec les anomalies régionales sont analysés. Les 26 embryons exposés à l'adriamycine ont développé des anomalies du tube digestif proximal et ont une notocorde anormale. La notocorde disparaît par un processus d'apoptose qui est en retard par rapport à celui d'un embryon normal. La notocorde persiste chez l'embryon anormal au-delà du 17^ème jour, alors que chez le rat normal elle a déjà disparu. De manière parallèle, la formation du nucleus pulposus est retardée. Les anomalies vertébrales surviennent quand la notocorde est en position ventrale. Elle disparaît vers le 16^ème jour chez l'embryon normal alors que les branches anormales de la notocorde persistent jusqu'au 19^ème jour chez l'embryon traité par l'adriamycine. La dégénérescence de la notocorde est dominée par l'apoptose. Une position trop ventrale de la notocorde est étroitement associée avec des anomalies de la colonne vertébrale et particulièrement des hémivertèbres.

Resumen

Ha sido demostrado que embriones que desarrollan anomalías del intestino anterior, defectos vertebrales y otras malformaciones de la asociación VATER tienen una notocorda situada anómalamente. Este estudio examina los patrones de regresión de la notocorda anormal en el modelo de la Asociación VATER en rata e investiga la relación entre las anomalías del desarrollo de la notocorda y la de las vértebras y el intestino anterior.

Se administraron a ratas Sprague-Dawley preñadas inyecciones intraperitoneales de 1,75 mg/kg de adriamicina en los días gestacionales 6 a 9, inclusive. Se sacrificaron las ratas entre los días 14 y 20 y se recogieron sus embriones que se cortaron seriadamente, se tiñeron y se examinaron histológicamente. Fueron analizadas la localización y la apariencia de la notocorda en degeneración y sus relaciones con la estructura regional.

Los 26 embriones expuestos a adriamicina desarrollaron anomalías del intestino anterior y todos tenían notocorda anormal. Esta desaparecía por un proceso de degeneración apoptótica que aconteció más tarde que en el embrión normal. La notocorda persistió en el embrión anormal más allá del día 17 cuando en la rata normal ya habría desaparecido. Similarmente, la formación del núcleo pulposo fue más tardía. Ocurrieron anomalías vertebrales cuando la notocorda estaba desplazada hacia delante.

La notocorda desaparece en el día 16 en el embrión normal, mientras que en el embrión tratado con adriamicina persisten ramas anormales de la misma hasta el día 19. La degeneración de la notocorda está dominada por la apoptosis. Una notocorda demasiado anterior se asociada estrechamente a anomalías de la columna vertebral, especialmente hemivértebras.

Zusammenfassung

Bei Embryonen, bei denen sich Vorderdarmfehlbildungen, Wirbelsäulenfehlbildungen sowie andere Defekte der VATER-Assoziation entwickeln, ist über eine abnorm positionierte Chorda dorsalis berichtet worden. In dieser Studie werden die Formen der Regression der abnormen Chorda dorsalis im Rattenmodell mit VATER-Assoziation unter besonderer Berücksichtigung der Beziehungen zwischen der abnormen Chorda dorsalis einerseits und dem Vorderdarm sowie der Wirbelsäule andererseits untersucht.

Schwangeren Sprague-Dawley-Ratten wurden zwischen dem 6. und 9. Tag der Gestation 1,75 mg/kg Adriamycin intraperitoneal injiziert. Die Ratten wurden zwischen dem 14. und 20. Tag der Schwangerschaft getötet und die Embryonen per Sectio gewonnen. Anschließend wurden sie für die Histologie in Serienschnitten aufgearbeitet und gefärbt. Position und Aussehen der sich zurückbildenden Chorda dorsalis sowie die Beziehungen zu den umgebenden Strukturdefekten wurden analysiert.

Alle 26 Embryonen, die Adriamycin ausgesetzt waren, entwickelten Vorderdarmfehlbildungen sowie eine abnorme Chorda dorsalis. Die Chorda dorsalis löste sich durch einen apoptotischen Degenerationsprozess auf, der gegenüber denen eines Normalembryos verzögert war. Die Chorda dorsalis persistierte bei abnormen Embryos bis über den 17. Schwangerschaftstag hinaus, während sie bei normalen Rattenembryonen zu diesem Zeitpunkt schon verschwunden war. In ähnlicher Weise war die Formation des Nucleus pulposus verzögert. Wirbelkörperfehlbildungen traten auf, wenn die Chorda dorsalis nach ventral positioniert war.

Die Chorda dorsalis verschwindet beim normalen Embryo am Tag 16, während abnorme Äste der Chorda dorsalis bis in den Tag 19 der Schwangerschaft bei Adriamycin-behandelten Embryonen persistierten. Die Degeneration des Notochord erfolgt überwiegend durch Apoptose. Eine extrem nach ventral verlagerte Chorda dorsalis ist eng mit Fehlbildungen der Wirbelsäule, speziell in Halbwirbelbildungen, verbunden.

Key words

Apoptosis - Embryogenesis - Foregut - Hemivertebrae - Notochord - Rat - VATER association

Mots-clés

Apoptose - Embryogénèse - Tube digestif proximal - Hémevertèbre - Notocorde - Rat - Association VATER

Palabras clave

Apoptosis - Embriogénesis - Intestino anterior - Hemivértebra - Notocorda - Rata - Asociación VATER

Schlüsselwörter

Apoptose - Embryogenese - Vorderdarm - Halbwirbelkörper - Chorda dorsalis - Ratte - VATER-Assoziation

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