Bölgesel farklılaşma - Regional differentiation

Gelişim biyolojisi alanında , bölgesel farklılaşma , erken embriyonun gelişiminde farklı alanların tanımlandığı süreçtir . Hücrelerin belirlendiği süreç organizmalar arasında farklılık gösterir .

Hücre kaderi belirleme

Gelişimsel bağlılık açısından, bir hücre ya belirtilebilir ya da belirlenebilir. Spesifikasyon, farklılaşmanın ilk aşamasıdır. Belirtilen bir hücre, belirlenen durum geri döndürülemezken taahhüdünü tersine çevirebilir. İki ana belirtim türü vardır: özerk ve koşullu. Özerk olarak belirtilen bir hücre, hücrenin içinde bulunduğu ortama bakılmaksızın sitoplazmik belirleyicilere dayalı belirli bir kadere dönüşecektir. Koşullu olarak belirtilen bir hücre, diğer çevreleyen hücrelere veya morfojen gradyanlarına dayalı olarak belirli bir kadere dönüşecektir . Diğer bir belirtim türü, çoğu böcek sınıfının özelliği olan sinsi belirtimdir .

Deniz kestanelerinde spesifikasyon , ön/arka ekseni belirlemek için hem otonom hem de koşullu mekanizmalar kullanır. Ön/arka eksen, bölünme sırasında kurulan hayvan/bitki ekseni boyunca uzanır . Mikromerler, yakındaki dokuyu endoderm olmaya teşvik ederken, hayvan hücrelerinin ektoderm olduğu belirtilir . Hayvan hücreleri belirlenmemiştir, çünkü mikromerler hayvan hücrelerini mezodermal ve endodermal kaderleri üstlenmeye teşvik edebilir . Bu gözlenmiştir β-katenin mevcuttu çekirdek arasında bitkisel kutbunda blastulanın . Bir dizi deney yoluyla, bir çalışma, β-katenin'in, bitkisel hücre kaderlerinin hücre-otonom spesifikasyonundaki rolünü ve mikromerleri indükleme kabiliyetini doğruladı. Embriyonu bitkiselleştirmek için yeterli lityum klorür tedavisi, nükleer olarak lokalize b-katenin artışına neden oldu. Çekirdekte β-katenin ekspresyonunun azalması, bitkisel hücre kaderlerinin kaybı ile ilişkilidir. β-katenin nükleer birikiminden yoksun mikromerlerin transplantları ikinci bir ekseni indükleyemedi.

Β-katenin moleküler mekanizması ve micromeres için, olduğu gözlenmiştir Çentik erken blastulanın apikal yüzeyi üzerine muntazam bir şekilde mevcuttur, ama ikincil kayboldu mesenkim olduğu tahmin edilen endodermal hücrelerinde geç blastulanın sırasında hücreler (SMC'lere) ve zenginleştirilmiş geç blastula. Çentik, SMC'lerin belirlenmesi için hem gerekli hem de yeterlidir. Mikromerler, SMC'lerin oluşumunu indüklemek için yüzeylerinde Notch, Delta ligandını ifade eder.

Yüksek nükleer b-katenin seviyeleri, yumurtanın bitkisel kutbunda dağınık proteinin yüksek birikiminden kaynaklanır. darmadağınık, GSK-3'ü etkisiz hale getirir ve β-katenin fosforilasyonunu önler . Bu, β-katenin'in bozulmadan kaçmasına ve çekirdeğe girmesine izin verir. β-katenin'in tek önemli rolü, Pmar1 geninin transkripsiyonunu aktive etmektir. Bu gen, mikromer genlerinin ifade edilmesine izin vermek için bir baskılayıcıyı bastırır.

Aboral / Oral eksen bir ile belirtilir (/ dorsal, ventral eksenleri diğer hayvanlarda benzer) düğüm homologu. Bu düğüm, embriyonun gelecekteki oral tarafında lokalizeydi. Deneyler, düğümün sözlü kaderin gelişimini teşvik etmek için hem gerekli hem de yeterli olduğunu doğruladı. Nodal ayrıca sol/sağ eksen oluşumunda da rol oynar.

tunikler

Tunikler , bölgesel spesifikasyon çalışması için popüler bir seçim olmuştur, çünkü tunikler, otonom spesifikasyonun keşfedildiği ilk organizmaydı ve tunikler, omurgalılarla ilgili evrimseldir.

Tuniklerdeki erken gözlemler, sarı hilalin (miyoplazma olarak da adlandırılır) tanımlanmasına yol açtı. Bu sitoplazma gelecekteki kas hücrelerine ayrıldı ve nakledilirse kas hücrelerinin oluşumunu indükleyebilir. Sitoplazmik belirleyici maço-1, kas hücresi oluşumu için gerekli ve yeterli faktör olarak izole edildi. Deniz kestanelerine benzer şekilde, çekirdeklerde b-katenin birikiminin endodermi uyarmak için hem gerekli hem de yeterli olduğu belirlendi.

İki hücre kaderi daha koşullu belirtim tarafından belirlenir. Endoderm, notokordu ve mezenşim kaderini belirlemek için bir fibroblast büyüme faktörü (FGF) sinyali gönderir. Ön hücreler FGF'ye notokord olmak için tepki verirken arka hücreler (macho-1'in varlığı ile tanımlanır) FGF'ye mezenşim olmak için tepki verir.

Yumurtanın sitoplazması sadece hücre kaderini belirlemekle kalmaz, aynı zamanda dorsal/ventral ekseni de belirler. Bitkisel kutuptaki sitoplazma bu ekseni belirler ve bu sitoplazmanın çıkarılması eksen bilgisinin kaybolmasına neden olur. Sarı sitoplazma ön/arka ekseni belirtir. Sarı sitoplazma, arka bitkisel sitoplazma (PVC) olmak üzere yumurtanın arkasına doğru hareket ettiğinde, ön/arka eksen belirtilir. PVC'nin çıkarılması eksen kaybına neden olurken, anteriora transplantasyon ekseni tersine çevirir.

C. elegans

İki hücreli aşamada, nematod C. elegans'ın embriyosu mozaik davranış sergiler . İki hücre vardır, P1 hücresi ve AB hücresi. P1 hücresi, kaderindeki tüm hücreleri üretebilirken, AB hücresi, üretmeye yazgılı olduğu hücrelerin yalnızca bir kısmını üretebilirdi. Böylece, birinci bölünme, iki hücrenin özerk özelliklerini verir, ancak AB hücreleri, tüm kader hücrelerini üretmek için koşullu bir mekanizma gerektirir.

AB soyu nöronlara, cilde ve farinkse yol açar. P1 hücresi, EMS ve P2'ye bölünür. EMS hücresi, MS ve E'ye bölünür. MS soyu, farenks, kas ve nöronlara yol açar. E soyu bağırsaklara yol açar. P2 hücresi, P3 ve C kurucu hücrelere bölünür. C kurucu hücreleri kas, deri ve nöronlara yol açar. P3 hücresi, P4 ve D kurucu hücrelere bölünür. D kurucu hücreler kasları oluştururken P4 soyu germ hattını oluşturur.

• Eksen özellikleri

Ön/arka eksen, arka taraftaki sperm tarafından belirlenir. İki hücre aşamasında, ön hücre AB hücresi, arka hücre ise P1 hücresidir. Hayvanın dorsal/ventral ekseni, embriyonun dört hücreli evresi sırasında hücrelerin rastgele konumu ile belirlenir. Dorsal hücre ABp hücresi iken ventral hücre EMS hücresidir.

• Sitoplazmik belirleyicilerin lokalizasyonu

C. elegans'ın otonom spesifikasyonu, farklı sitoplazmik determinantlardan kaynaklanmaktadır. PAR proteinleri, bu belirleyicilerin erken embriyoda bölünmesinden sorumludur. Bu proteinler zigotun çevresinde bulunur ve hücre içi sinyalleşmede rol oynar. Bu proteinlerin işlevi için mevcut model, sitoplazmada arkada ve önde farklı protein birikimine yol açan lokal değişikliklere neden olmalarıdır. Mex-5 anteriorda birikir, PIE-1 ve P granülleri (aşağıya bakınız) posteriorda birikir.

• Germ hattının özellikleri

P granülleri sitoplazmik belirleyiciler olarak tanımlandı. Döllenme sırasında homojen olarak bulunurken, bu granüller birinci bölünmeden önce arka P1 hücresinde lokalize olurlar. Bu granüller, dördüncü bölünmeden sonra germ hattı haline gelen P4 hücrelerine konana kadar P hücrelerine (örn. P2, P3) her bölünme arasında ayrıca lokalize olur.

• EMS ve P1 hücrelerinin özellikleri

P1 soyunda lokalize sitoplazmik belirleyiciler olarak işlev görmesi muhtemel olan diğer proteinler arasında SKN-1, PIE-1 ve PAL-1 yer alır.

SKN-1, P1 hücre soyunda lokalize olan ve EMS hücre kaderini belirleyen bir sitoplazmik belirleyicidir. PIE-1, P2 hücre soyunda lokalizedir ve transkripsiyonun genel bir baskılayıcısıdır. SKN-1, P2 hücrelerinde bastırılır ve bu hücrelerde bir EMS kaderi belirleyemez. PIE-1'in baskıcı aktivitesi, germ hattı soyunun farklılaşmasını önlemek için gereklidir.

• C ve D kurucu hücrelerinin özellikleri

PAL-1, C ve D kurucu hücrelerinin kaderini belirlemek için gereklidir (P2 soyundan türetilmiştir). Ancak PAL-1, hem EMS'de hem de P2'de mevcuttur. Normal olarak, PAL-1 aktivitesi, EMS'de SKN-1 tarafından bastırılır, ancak P2'de bastırılmaz. Hem C hem de D kurucu hücreleri PAL-1'e bağlıdır, ancak C'yi D'den ayırt etmek için gerekli olan başka bir faktör daha vardır.

• E soyunun özellikleri

E soyunun spesifikasyonu, P2'den EMS hücresine giden sinyallere bağlıdır. Wnt sinyalinin bileşenleri dahil edildi ve anne genleri olarak adlandırıldı . mom-2 , Wnt protein ailesinin (yani sinyal) bir üyesidir ve mom-5 , kıvrılmış protein ailesinin (yani reseptör) bir üyesidir.

• ABa ve ABp'nin özellikleri

ABa ve ABp'nin spesifikasyonu, başka bir hücre-hücre sinyalleşme olayına bağlıdır. Bu iki hücre tipi arasındaki fark, ABa'nın farinkse katkıda bulunmazken ABa'nın ön farinkse yol açmasıdır. 12 hücreli aşamada MS'den gelen bir sinyal, ABa döl hücrelerinde farinksi indükler, ancak ABp soyunda değil. P2 hücrelerinden gelen sinyaller ABp'nin farinks oluşturmasını engeller. P2'den gelen bu sinyalin, Delta protein ailesi içinde APX-1 olduğu keşfedildi. Bu proteinlerin, Notch proteini için ligandlar olduğu bilinmektedir . Bir Notch proteini olan GLP-1, ABp'nin kaderinin belirlenmesi için de gereklidir.

Meyve sineği

Ön/arka eksen

Drosophila'nın ön/arka deseni, üç ana gen grubundan gelir. Ön grup, baş ve torasik segmentleri şekillendirir. Arka grup, karın segmentlerini ve terminal grubu, terminalia (öndeki akron ve arkadaki telson) olarak adlandırılan ön ve arka terminal bölgelerini düzenler.

Ön grup genleri bikoid içerir. Bicoid, çekirdeğe lokalize olan dereceli bir morfojen transkripsiyon faktörü olarak işlev görür. Embriyonun başı, en yüksek bicoid konsantrasyonu noktasında oluşur ve anterior patern, bicoid konsantrasyonuna bağlıdır. Bicoid, kambur (hb), düğme başı (btd), boş spiracles (ems) ve ortodentik (otd) boşluk genlerinin transkripsiyonel bir aktivatörü olarak çalışır ve aynı zamanda kaudalin translasyonunu baskılamak için hareket eder. Aktive ettiği genlerin promotörlerinde bicoid için farklı bir afinite, konsantrasyona bağlı aktivasyona izin verir. Otd, bikoid için düşük bir afiniteye sahiptir, hb daha yüksek bir afiniteye sahiptir ve bu nedenle daha düşük bir bikoid konsantrasyonunda aktive edilecektir. Diğer iki ön grup gen, yutma ve exuperantia, bikoidin anteriora lokalize edilmesinde rol oynar. Bikoid, 3' çevrilmemiş bölgesi (3'UTR) tarafından öne yönlendirilir. Mikrotübül hücre iskeleti ayrıca bikoidin lokalize edilmesinde de rol oynar.

Arka grup genleri nanoları içerir. Bikoide benzer şekilde nanos, dereceli bir morfojen olarak arka kutba yerleşir. Nanoların tek rolü, arkadaki maternal olarak kopyalanan kambur mRNA'yı bastırmaktır. Nanoların kamburluğu bastırması için başka bir protein olan pumilio gereklidir. Diğer arka proteinler, oskar (nanos mRNA'yı bağlayan), Tudor, vasa ve Valois, germ hattı belirleyicilerini ve nanoları posteriora lokalize eder.

Ön ve arkadan farklı olarak, terminali için konum bilgisi yumurtalık folikül hücrelerinden gelir. Terminalia, Torso reseptörü tirozin kinazın eylemiyle belirlenir. Folikül hücreleri, gövde benzeri salgıyı sadece kutuplardan perivitellin boşluğa salgılar. Gövde benzeri, Torso ligandı gibi görünen pro-peptid Gövdesini parçalar. Trunk, Torso'yu aktive eder ve transkripsiyonel baskılayıcı Groucho'yu baskılayan bir sinyal transdüksiyon şelalesine neden olur ve bu da, kuyruksuz ve huckebein terminal boşluk genlerinin aktivasyonuna neden olur.

Segmentasyon ve homeotik genler

Maternal genlerden gelen örüntüleme, segmentasyon genlerinin ekspresyonunu etkilemek için çalışır . Segmentasyon genleri, segmentlerin sayılarını, boyutunu ve polaritesini belirten embriyonik olarak eksprese edilen genlerdir. Boşluk genleri ile doğrudan gen anne etkilenmektedir ve ön / arka eksen boyunca lokal ve üst üste binen bölgeleri olarak ifade edilmiştir. Bu genler sadece maternal genlerden değil, aynı zamanda diğer boşluk genleri arasındaki epistatik etkileşimlerden de etkilenir.

Boşluk genleri, çift ​​kuralı genlerini aktive etmek için çalışır . Her bir çift-kural geni, boşluk genlerinin birleşik etkisinin ve diğer çift-kural genleri arasındaki etkileşimlerin bir sonucu olarak yedi şerit halinde ifade edilir. Çift kuralı genleri iki sınıfa ayrılabilir: birincil çift kuralı genleri ve ikincil çift kuralı genleri. Birincil çift-kural genleri, ikincil çift-kural genlerini etkileyebilir, ancak bunun tersi olamaz. Birincil çift-kural genlerinin düzenlenmesi arasındaki moleküler mekanizma, çift-atlananların düzenlenmesinin karmaşık bir analizi ile anlaşıldı. Hem maternal hem de boşluk genleri tarafından hem pozitif hem de negatif düzenleyici etkileşimler ve transkripsiyon faktörlerinin benzersiz bir kombinasyonu, embriyonun farklı bölümlerinde eş-atlananları ifade etmek için çalışır. Aynı boşluk geni bir şeritte olumlu, diğerinde olumsuz etki yapabilir.

Çift kuralı genlerinin ifadesi, 14 şeritte segment polarite genlerinin ifadesine dönüşür . Segment polarite genlerinin rolü, segmentlerin sınırlarını ve polaritesini tanımlamaktır. Genlerin bunu başardığı araçların, bu proteinler tarafından başlatılan kanatsız ve kirpi dereceli bir dağılım veya sinyaller dizisini içerdiğine inanılmaktadır. Boşluk ve çift kuralı genlerinden farklı olarak, segment polarite genleri sinsityumdan ziyade hücreler içinde işlev görür. Bu nedenle, segment polarite genleri, otonom olarak değil, sinyalleme yoluyla desenlemeyi etkiler. Ayrıca, boşluk ve çift-kural genleri geçici olarak eksprese edilirken, segment polaritesi gen ekspresyonu gelişim boyunca korunur. Segment polarite genlerinin sürekli ifadesi, kirpi ve kanatsız içeren bir geri besleme döngüsü tarafından korunur.

Segmentasyon genleri segmentlerin sayısını, boyutunu ve polaritesini belirleyebilirken , homeotik genler segmentin kimliğini belirleyebilir. Homeotik genler, boşluk genleri ve çift-kural genleri tarafından aktive edilir. Antennapedia karmaşık ve bithorax üçüncü kromozom üzerinde kompleks segmental kimliğini (aslında parasegmental özdeşlik) belirlenmesi için gerekli önemli homeotik geni içerir. Bu genler, transkripsiyon faktörleridir ve kromozom boyunca konumları ile korelasyon gösteren örtüşen bölgelerde eksprese edilir. Bu transkripsiyon faktörleri, diğer transkripsiyon faktörlerini, hücre yapışmasında rol oynayan hücre yüzey moleküllerini ve diğer hücre sinyallerini düzenler. Daha sonraki gelişim sırasında, homeotik genler sinir sisteminde benzer bir ön/arka düzende ifade edilir. Homeotik genler, kromatinlerinin yoğunlaşma durumunun modifikasyonu yoluyla gelişim boyunca korunur. Polycomb genleri kromatini aktif olmayan bir konformasyonda korurken, trithorax genleri kromatini aktif bir konformasyonda tutar.

Tüm homeotik genler, homeodomain (DNA dizisine homeobox olarak adlandırılır) adı verilen benzer bir diziye ve yapıya sahip bir protein segmentini paylaşır . Homeotik proteinlerin bu bölgesi DNA'yı bağlar. Bu alan, bicoid gibi diğer gelişimsel düzenleyici proteinlerde ve ayrıca insanlar dahil diğer hayvanlarda bulundu. Moleküler haritalama, HOX gen kümesinin, temel bir gelişimsel düzenleyici sistem olduğunu gösteren ortak bir sinek ve memeli atasından bozulmadan kalıtsal olduğunu ortaya çıkardı.

Dorsal/ventral eksen

Maternal protein Dorsal, embriyonun ventral tarafını ayarlamak için dereceli bir morfojen gibi işlev görür (ad, dorsalize bir fenotipe yol açan mutasyonlardan gelir ). Dorsal , nükleer bir protein olması bakımından bioid gibidir ; bununla birlikte, bikoidden farklı olarak, dorsal embriyo boyunca eşit olarak dağılmıştır. Konsantrasyon farkı, diferansiyel nükleer taşımadan kaynaklanır. Dorsa l'in çekirdeklere farklı şekilde yerleştiği mekanizma üç aşamada gerçekleşir.

İlk adım embriyonun dorsal tarafında gerçekleşir. Oosit içindeki çekirdek, bir mikrotübül yolu boyunca oositin bir tarafına doğru hareket eder. Bu, yan sinyal gönderir gurken için, torpido folikül hücreleri üzerindeki reseptörlere. Torpido alıcısı olan folikül hücreleri bulunur; bununla birlikte, gurken sinyali sadece oositin ön dorsal tarafında bulunur. Folikül hücreleri, dorsal tarafı ventral taraftan ayırt etmek için şekil ve sentetik özellikleri değiştirir. Bu dorsal folikül hücreleri, ikinci adım için gerekli olan boru proteinini üretemez.

İkinci adım, ventral folikül hücrelerinden oosite geri gönderilen bir sinyaldir. Bu sinyal, yumurta folikül hücrelerini terk ettikten sonra etki eder ve bu sinyal perivitellin boşlukta depolanır. Folikül hücreleri , proteaz aktive edici bir kompleks oluşturan windbeutel , nudel ve pipe salgılar . Dorsal folikül hücreleri boru eksprese etmedikleri için bu kompleksi oluşturamazlar. Daha sonra embriyo , perivitellin boşluğa üç aktif olmayan proteaz ( gastrulasyon kusurlu, yılan ve Paskalya ) ve aktif olmayan bir ligand ( spätzle ) salgılar. Bu proteazlar, kompleks tarafından aktive edilir ve spätzle'ı aktif bir forma ayırır . Bu aktif protein ventralden dorsal gradiyene dağılır. Toll , spätzle için bir reseptör tirozin kinazdır ve dereceli spätzle sinyalini sitoplazma yoluyla fosforile kaktüse iletir . Fosforile sonra kaktüs artık bağlandığı için , dorsal o çekirdeğe girdiği serbest bırakır. Serbest bırakılan dorsal miktarı, mevcut spätzle protein miktarına bağlıdır .

Üçüncü adım, zigotik genler bölgesel ifadesi decapentaplegic ( DPP ), zerknüllt , tolloid , bükülme , salyangoz ve romboid ifade edilmesine bağlı dorsal çekirdekte. Büküm ve salyangozun transkripsiyonunu açmak için yüksek düzeyde dorsal gereklidir . Düşük dorsal seviyeleri , eşkenar dörtgen transkripsiyonunu aktive edebilir . Dorsal , zerknüllt, tolloid ve dpp'nin transkripsiyonunu bastırır. Zigotik genler ayrıca ifade alanlarını kısıtlamak için birbirleriyle etkileşime girer.

amfibiler

Dorsal/ventral eksen ve düzenleyici

Arasında döllenme ve ilk bölünme Xenopus embriyolar, (bazı türlerde) ortaya çıkarmak için yaklaşık 30 derece merkezi sitoplazma göre zigot döndükçe kortikal sitoplazma embriyo marjinal veya orta bölgesinde gri hilal. Kortikal rotasyon, paralel kortikal mikrotübül dizileri boyunca hareket eden mikrotübül motorları tarafından desteklenmektedir. Bu gri hilal, embriyonun gelecekteki dorsal tarafını işaretler. Bu dönüşün bloke edilmesi dorsal/ventral eksenin oluşumunu engeller. Geç blastula aşamasında, Xenopus embriyolarının net bir dorsal/ventral ekseni vardır.

Erken gastrulada embriyodaki dokunun çoğu belirlenmemiştir. Tek istisna, dorsal blastopore dudağının ön kısmıdır. Bu doku embriyonun başka bir bölümüne nakledildiğinde, normalde olduğu gibi gelişti. Ek olarak, bu doku başka bir dorsal/ventral eksen oluşumunu indükleyebildi. Hans Spemann bu bölgeyi düzenleyici ve dorsal eksenin indüksiyonunu birincil indüksiyon olarak adlandırdı.

Organizatör, Nieuwkoop merkezi adı verilen sırttaki bitkisel bir bölgeden uyarılır. Blastula aşamasındaki embriyolar boyunca birçok farklı gelişim potansiyeli vardır. Bitkisel başlık sadece endodermal hücre tiplerine yol açabilirken, hayvan başlığı sadece ektodermal hücre tiplerine yol açabilir. Bununla birlikte, marjinal bölge, mezoderm de dahil olmak üzere embriyodaki çoğu yapıya yol açabilir . Pieter Nieuwkoop tarafından yapılan bir dizi deney , marjinal bölge çıkarılırsa ve hayvan ve bitki başlıkları yan yana yerleştirilirse, mezodermin hayvan başlığından geldiğini ve dorsal dokuların her zaman dorsal bitkisel hücrelere bitişik olduğunu gösterdi. Böylece, Nieuwkoop merkezi olarak adlandırılan bu dorsal bitkisel bölge, organizatörün oluşumunu indükleyebildi.

Eşleştirme deneyleri, Wnt proteinlerini Nieuwkoop merkezinden dorsal/ventral ekseni belirleyebilen moleküller olarak tanımladı . Eşleştirme deneylerinde moleküller, dört hücreli evreli bir embriyonun ventral blastomerine enjekte edilir. Moleküller dorsal ekseni belirtirse, ventral tarafta dorsal yapılar oluşacaktır. Ekseni belirlemek için Wnt proteinleri gerekli değildi, ancak Wnt yolundaki diğer proteinlerin incelenmesi, β-katenin'in gerekli olduğu keşfine yol açtı. β-katenin dorsal tarafta çekirdeklerde bulunur, ancak ventral tarafta bulunmaz. β-katenin seviyeleri GSK-3 tarafından düzenlenir. Aktif olduğunda, GSK-3, daha sonra bozunma için hedeflenen serbest β-katenin'i fosforile eder. GSK-3'ü düzenleyebilecek iki olası molekül vardır: GBP (GSK-3 Bağlayıcı Protein) ve Disheveled . Mevcut model, bunların GSK-3 aktivitesini inhibe etmek için birlikte hareket etmesidir. Disheveled, aşırı eksprese edildiğinde ikincil bir ekseni indükleyebilir ve kortikal rotasyondan sonra dorsal tarafta daha yüksek seviyelerde bulunur ( Simetri Kırılması ve Kortikal Rotasyon ). Bununla birlikte, Dishevelled'in tükenmesinin hiçbir etkisi yoktur. GBP hem tükendiğinde hem de aşırı ifade edildiğinde bir etkiye sahiptir. Son kanıtlar, ancak, Xwnt11, ifade edilen bir Wnt molekülü olduğunu göstermiştir Xenopus dorsal eksen oluşması için yeterli ve gerekli olan hem de oldu.

Mesoderm oluşumu iki sinyalden gelir: biri ventral kısım için ve diğeri dorsal kısım için. Hayvan başlığı tahlilleri, hayvan başlığını mezoderm oluşturmak üzere indükleyebilen bitkisel başlıktan gelen moleküler sinyalleri belirlemek için kullanıldı. Bir hayvan başlığı tahlilinde, ilgilenilen moleküller ya başlığın büyütüldüğü ortama uygulanır ya da erken bir embriyoda mRNA olarak enjekte edilir. Bu deneyler, dönüştürücü büyüme faktörü-β (TGF-β) ailesi olan bir grup molekülü tanımladı . TGF-β'nın baskın negatif formları ile, erken deneyler, spesifik üyeyi değil, yalnızca dahil olan molekül ailesini tanımlayabildi. Son deneyler, Xenopus düğümü ile ilgili proteinleri (Xnr-1, Xnr-2 ve Xnr-4) mezodermi indükleyen sinyaller olarak tanımlamıştır. Bu ligandların inhibitörleri mezoderm oluşumunu engeller ve bu proteinler dorsal/ventral eksen boyunca dereceli bir dağılım gösterir.

Bitkisel olarak lokalize mRNA, VegT ve muhtemelen Vg1, endodermi indüklemede rol oynar. VegT'nin Xnr-1,2,4 proteinlerini de aktive ettiği varsayılmaktadır. VegT, endodermal kaderi belirleyen genleri aktive etmek için bir transkripsiyon faktörü görevi görürken, Vg1 bir parakrin faktörü olarak görev yapar.

Çekirdekteki β-katenin iki transkripsiyon faktörünü aktive eder: siamois ve ikiz. β-katenin ayrıca yüksek seviyelerde Xnr-1,2,4 üretmek için VegT ile sinerjik olarak hareket eder. Siamois, organizatördeki goosecoid gibi yüksek düzeyde transkripsiyon faktörlerini etkinleştirmek için Xnr-1,2,4 ile sinerjik olarak hareket edecektir. Embriyoda daha düşük Xnr-1,2,4 seviyelerine sahip alanlar ventral veya lateral mezodermi ifade edecektir. Nükleer β-katenin, dorsal mezodermde organizatörün oluşumunu indüklemek için Nieuwkoop merkezinin sinyal aktivitesini yaratmak için mezodermal hücre kaderi sinyali ile sinerjik olarak çalışır.

Organizatör işlevi

Organizatörün faaliyetinden sorumlu olan iki gen sınıfı vardır: transkripsiyon faktörleri ve salgılanan proteinler. Goosecoid (bikoid ve bektaşi üzümü arasında bir homolojiye sahiptir) düzenleyicide ifade edildiği bilinen ilk gendir ve ikincil bir eksen belirlemek için hem yeterli hem de gereklidir.

Organizatör, ventral mezodermi lateral mezoderm olmaya, ektodermi nöral doku oluşturmaya ve endodermde dorsal yapıları indükler. Bu indüksiyonların arkasındaki mekanizma , embriyoyu ventralize eden kemik morfogenetik protein 4 sinyal yolunun inhibisyonudur . Bu sinyallerin yokluğunda, ektoderm, varsayılan sinir dokusu durumuna geri döner. Organizatörden salgılanan dört molekül, kordin, noggin, follistatin ve Xenopus nodal-ilişkili-3 (Xnr-3), doğrudan BMP-4 ile etkileşime girer ve reseptörüne bağlanma yeteneğini bloke eder. Böylece, bu moleküller mezodermin dorsal/ventral ekseni boyunca bir BMP-4 gradyanı oluşturur.

BMP-4 esas olarak embriyonun gövde ve kuyruk bölgesinde hareket ederken, baş bölgesinde farklı bir sinyal seti çalışır. Xwnt-8, ventral ve lateral mezoderm boyunca ifade edilir. Archenteronun (gelecekteki anterior) ön kenarındaki endomesoderm (hem endoderm hem de mezoderm oluşturabilir), Cerberus , Dickkopf ve Frzb olmak üzere üç faktör salgılar . Cerberus ve Frzb, reseptörüne bağlanmasını önlemek için doğrudan Xwnt-8'e bağlanırken, Cerberus ayrıca BMP-4 ve Xnr1'e bağlanma yeteneğine sahiptir. Ayrıca, Dickkopf, Xwnt-8'in sinyal yolu için önemli olan ve LRP-5'in endositozuna ve sonunda Xwnt-8 yolunun inhibisyonuna yol açan bir transmembran proteini olan LRP-5'e bağlanır.

Ön/arka eksen

Embriyonun ön/arka deseni gastrulasyondan önce veya gastrulasyon sırasında meydana gelir . İlk hücreler, ön indükleyici aktiviteye sahipken, son hücreler arka indükleyici aktiviteye sahiptir. Anterior indükleme yeteneği, yukarıda tartışılan Xwnt-8 antagonize edici sinyaller Cereberus, Dickkopf ve Frzb'den gelir. Ön kafa gelişimi ayrıca dorsal orta hatta ve ön nöral tüpte ifade edilen IGF'lerin (insülin benzeri büyüme faktörleri) işlevini gerektirir. IGF'lerin, hem Wnt sinyalini hem de BMP sinyalini engelleyen ve engelleyen bir sinyal transdüksiyon kaskadı aktive ederek işlev gördüğüne inanılmaktadır. Posteriorda, sinyallerin posteriorize edilmesi için iki aday, bir fibroblast büyüme faktörü homologu olan eFGF ve retinoik asit içerir .

Balık

Zebra balıklarında eksen oluşumunun temeli , amfibilerde bilinenlerle paralellik gösterir. Embriyonik kalkan, blastoporun dorsal dudağı ile aynı işleve sahiptir ve düzenleyici görevi görür. Nakil yapıldığında sekonder bir aks düzenleyebilmekte ve çıkarılması dorsal yapıların oluşumunu engellemektedir. β-katenin de amfibilerdeki rolüne benzer bir role sahiptir. Çekirdekte sadece dorsal tarafta birikir; ventral β-katenin ikincil bir ekseni indükler. Embriyonik kalkanda goosecoid'i aktive etmek için birlikte hareket eden Squint (nodal ile ilgili bir sinyal proteini nam-ı diğer ndr1) ve Bozozok'un (Siamois'e benzer bir homeodomain transkripsiyon faktörü) ekspresyonunu aktive eder.

Xenopus'ta olduğu gibi, mezoderm indüksiyonu iki sinyal içerir: biri ventral mezodermi indüklemek için bitkisel kutuptan ve dorsal mezodermi indüklemek için Nieuwkoop merkezi eşdeğeri dorsal bitkisel hücrelerden.

Organizatörden gelen sinyaller de amfibilerden gelen sinyallere paraleldir. Noggin ve kordin homologu Chordino, embriyoyu ventralize etmesini engellemek için bir BMP ailesi üyesi olan BMP2B'ye bağlanır. Dickkopf, embriyoyu ventralize etmesini ve posteriorize etmesini engellemek için bir Wnt homologu Wnt8'e bağlanır.

Balıklarda β-katenin tarafından düzenlenen üçüncü bir yol vardır. β-katenin, transkripsiyon faktörü stat3'ü aktive eder. Stat3 gastrulasyon sırasında hücre hareketlerini koordine eder ve düzlemsel polaritenin oluşturulmasına katkıda bulunur.

kuşlar

Dorsal/ventral eksen, civciv embriyolarında, hücrelerin yumurta sarısına göre oryantasyonu ile tanımlanır . Hayvan yukarıdayken ventral yumurta sarısına göre aşağıdadır. Bu eksen, subgerminal boşluk ile dışarıdaki albümin arasında blastodermin "içinde" ve "dışında" bir pH farkının yaratılmasıyla tanımlanır. Subgerminal boşluğun pH'ı 6,5 iken, dışarıdaki albüminin pH'ı 9,5'tir.

Ön/arka eksen, yumurta kabuğu bırakılırken embriyonun ilk eğilmesi sırasında tanımlanır. Yumurta sürekli olarak tutarlı bir yönde döndürülür ve sarıda kısmi bir tabakalaşma vardır; daha açık sarısı bileşenleri blastodermin bir ucuna yakın olacak ve geleceğin arka kısmı olacak. Posteriorun moleküler temeli bilinmemektedir, ancak hücrelerin birikmesi sonunda posterior marjinal bölge (PMZ) ile sonuçlanır.

PMZ, Nieuwkoop merkezinin eşdeğeridir, rolünün Hensen düğümünü uyarmak olmasıdır. PMZ'nin transplantasyonu, ilkel bir çizginin indüklenmesiyle sonuçlanır, ancak PMZ, çizginin kendisine katkıda bulunmaz. Nieuwkoop merkezine benzer şekilde, PMZ hem Vg1'i hem de nükleer lokalize β-katenin'i ifade eder.

Hensen düğümü, düzenleyiciye eşdeğerdir. Hensen düğümünün nakli, ikincil bir eksenin oluşmasına neden olur. Hensen düğümü gastrulasyonun başladığı yerdir ve dorsal mezoderm haline gelir. Hensen düğümü, PMZ'nin Koller orağı olarak adlandırılan ön kısmında PMZ'nin uyarılmasından oluşur . İlkel çizgi oluştuğunda, bu hücreler Hensen'in düğümü olmak üzere genişler. Bu hücreler, organizatör olarak rolleri ile tutarlı olarak goosecoid ifade eder.

Organizatörün civciv embriyolarındaki işlevi, amfibiyenlerin ve balıklarınkine benzer, ancak bazı farklılıklar vardır. Organizatör, amfibiler ve balıklara benzer şekilde, BMP sinyalini antagonize eden ve embriyoyu dorsalize eden Chordin, Noggin ve Nodal proteinlerini salgılar. Bununla birlikte, sinirsel indüksiyon, tamamen BMP sinyalleşmesini engellemeye dayanmaz. BMP antagonistlerinin aşırı ekspresyonu, nöronların oluşumunu indüklemek veya nöronların BMP blok oluşumunu aşırı eksprese etmek için yeterli değildir. Nöral indüksiyon için tüm hikaye bilinmemekle birlikte, FGF'ler mezoderm ve nöral indüksiyonda rol oynuyor gibi görünmektedir. Embriyonun ön/arka modellenmesi, hipoblasttan serberus gibi sinyalleri ve posterior nöroektodermdeki (arka beyin ve omurilik) 3' Hox genlerini aktive etmek için retinoik asit birikiminin uzaysal düzenlenmesini gerektirir .

memeliler

Fare embriyolarındaki en erken spesifikasyon, sırasıyla dış polar hücrelerde ve iç apolar hücrelerde trofoblast ve iç hücre kütle hücreleri arasında meydana gelir . Bu iki grup, sıkıştırma sırasında sekiz hücreli aşamada belirlenir, ancak 64 hücreli aşamaya ulaşana kadar belirlenmezler. Bir apolar hücre, 8-32 hücre evresinde dışarıya nakledilirse, o hücre bir trofoblast hücresi olarak gelişecektir.

Fare embriyosundaki ön/arka eksen, iki sinyal merkezi tarafından belirlenir. Fare embriyosunda, yumurta bir silindir oluşturur ve epiblast bu silindirin uzak ucunda bir kap oluşturur. Epiblast, insan ve civcivlerin hipoblastına eşdeğer olan viseral endoderm ile çevrilidir. Ön/arka eksen için sinyaller ilkel düğümden gelir . Diğer önemli bölge ön visseral endodermdir (AVE). AVE, düğümün en ön konumunun önünde yer alır ve baş mezodermi ve ön bağırsak endodermini oluşturmak üzere göç eden endomezoderm tarafından işgal edilecek olan bölgede epiblastın hemen altında yer alır. AVE, en ön yapıları belirlemek için düğümle etkileşime girer. Böylece, düğüm normal bir gövde oluşturabilir, ancak bir kafa oluşturmak için AVE'den sinyaller gerektirir.

Drosophila sineklerinde homeobox'ın keşfi ve diğer hayvanlarda korunması, ön/arka düzenin anlaşılmasında ilerlemelere yol açmıştır. Memelilerdeki Hox genlerinin çoğu, sineklerdeki homeotik genlerle paralellik gösteren bir ifade modeli gösterir. Memelilerde Hox genlerinin dört kopyası vardır. Her bir Hox gen seti, diğerlerine paraleldir (Hox1a, Hox1b'nin bir paralogudur, vb.) Bu paraloglar örtüşen ifade kalıpları gösterir ve fazladan hareket edebilir. Bununla birlikte, paralog genlerdeki çift mutasyonlar, genlerin işlev için birlikte çalışması gerektiğini gösteren sinerjik olarak da hareket edebilir.

Ayrıca bakınız

• Desen oluşumu
• Spesifikasyon (teknik standart)

Referanslar