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在大多数分化细胞,几个级别的感应产生大量的转录因子。此外,在胚胎发展,实际的过程分化本身需要一个集成的系统的转录因子基因表达了与严格的精度和时间。在分割的情况下尤其如此。
分割是用于描述的分化模式脊椎动物和节肢动物的连续重复类似的身体解剖模块创建一个轴。在脊椎动物中,分割结果在脊柱的发展,头和四肢;在昆虫,它导致形成腹部,头部和胸腔。分割的结果被认为是有节奏的激活和失活的某些信号指示特定相关的细胞过程。这个振荡过程称为细分时钟。作为科学家了解更多关于分割时钟的计时和机制,他们还继续发现监管信息交互和信号级联。
瀑布在昆虫分类的作用
大部分现有的基因控制的分段进行了研究使用果蝇。例如,在过去的25年里,超过40个基因已经被确认为分割中发挥作用黑腹果蝇(皮et al。,2005)。分割在果蝇是由一连串的转录因子,其中一些被发现在其他节肢动物。通常,级联系统发生在单个细胞;然而,在分割过程中,信号级联进行跨多个细胞的特定区域内发展胚胎。
已存在的记录在鸡蛋促进转录因子梯度的形成
表达式的信使核糖核酸(信使核糖核酸)记录在时间和空间,以便控制蛋白质产品的这些记录出现在梯度每个受精蛋。这些蛋白质抑制翻译导致更高的其他蛋白质浓度不同的多肽的前部和后部部分发展中胚胎。例如,nano抑制驼背翻译;因此,虽然驼背mRNA无处不在,驼背蛋白质更集中在前部分的胚胎。Bicoid和驼背是两个重要的基因产物参与这个过程(图2)。事实上,突变的基因代码对这些产品已被证明导致幼虫发育异常。幼虫携带这些突变可能功能缺失,胸区域,或腹部区域,根据确切的突变。
早期的梯度差距基因激活
配对原则基因表达是不稳定的,然而,许多这样的基因作为转录因子诱导的表达部分极性基因,十字的(在)和无翼(工作组)。发展中片段之间的边界被定义在或工作组表达模式,通过建立配对原则的非周期表达因素。
脊椎动物Somitogenesis Notch信号
在脊椎动物中,发展的先驱动物的骨骼系统叫做somitogenesis。因为脊椎动物的脊柱由重复单位,这些单位的发展可以比作节肢动物的分割过程。脊髓的发展,然而,是由一个振荡过程,依赖于一组基因通路中的,只有其中一些的同系物果蝇细分控制机械。
在脊椎动物脊髓的发展过程中,基因表达的振荡发生在时间的基础上。具体地说,一个信号通路中的“on”脊髓前兆时,或体节,开始形成,但“关闭”体节形成的时候就完成了。因为切口作为转录因子的浓度,它改变了它的目标在体节的前面和后面,因此建立不同的片段。
Notch通路被激活时,一种蛋白质配体信号从相邻的细胞,称为δ,结合细胞表面的缺口。在这方面,缺口作为跨膜受体。在三角洲绑定,切口的细胞中发现的细胞质从膜释放。这部分作为转录因子,它在分割中起着重要作用。级联激活几个下游基因,包括毛/分裂增强剂(他)基因编码一个转录因子。事实上,hairy1转录因子是第一个这样的决定因素是管理时间的方式;在调查中使用鸡,研究人员指出,这种蛋白质的表达与所花费的时间是一致的形成一个体节(90分钟)(图4;Palmeirimet al。,1997)。通路的负面反馈循环导致的基因表达,最终,身体发展观察胚胎期间增长的模式。Notch信号似乎主要是在脊椎动物中发现,没有证据表明它在早期昆虫分割(皮过程中发挥作用et al。,2005)。
提出了几个模型来解释在不同的生物体基因表达的振荡。在斑马鱼,Her1似乎和定期Her7转录因子可以压制自己的表达式,从而创建一个振荡对基因表达的影响(Dequeant & Pourquie, 2008)。类似的负面反馈系统由他控制的蛋白家族在老鼠也被观察到。然而,在老鼠身上,表情DNA微阵列分析还发现了大量的额外的基因表达在一个周期性的模式,似乎与分割相关的时钟。这些基因是否控制由他家族的转录因子直接或间接地通过HES-mediated下游转录因子诱导作用尚未完全清楚。
的作用Hox基因
未来的发展方向
由于广泛的实验果蝇,多少人知道这些遗传因素控制身体的模式。类似的实验与脊椎动物要复杂得多,介绍了一系列伦理问题。由于这些原因,还有小脊椎动物数据分割和振荡时钟。然而,关于特定的模式,如上面所讨论的,可以帮助研究人员开发策略来治疗疾病引起的异常节段在人类发展模式。
引用和推荐阅读
Dequeant, M。& Pourquie, o .节段模式脊椎动物胚胎的轴。自然遗传学评论9370 - 382 (2008)doi: 10.1038 / nrg2320 (文章链接)
Kageyama, R。等。的他基因家族:阻遏蛋白和编排胚胎发生的振荡器。发展134年1243 - 1251 (2007)doi: 10.1242 / dev.000786
Nibu, Y。,等。由Knirps dCtBP介导转录镇压,Kruppel和蜗牛果蝇胚胎。EMBO杂志177009 - 7020 (1998)doi: 10.1093 / emboj / 17.23.7009
Palmeirim,我。et al。禽毛基因表达识别分子钟与脊椎动物分割和somitogenesis。细胞91年639 - 648 (1997)
皮、。等。节肢动物细分:超越果蝇范例。自然遗传学评论6905 - 916 (2005)doi: 10.1038 / nrg1724 (文章链接)