Gradient-Based DNA转录控制动物

图1

细节图

相对而言,只有一小部分基因在开发过程中参与决定身体模式(Tabata, 2001)。特定的信号分子,参与这个过程被称为形态因子。这些分子是细胞外和被认为影响组织形态发生沿表面传播的细胞从一个集中来源。不同浓度的成形素导致的感应或抑制的基因表达其他的基因(图1)。因此,浓度梯度的重要调控蛋白形式跨越发展的一个领域胚胎对于每个单元格,它定义了一个定位价值。基于监管每个特定细胞中蛋白质的浓度,一系列的后续信号(级联)和规定的方向和应对它们程度上细胞的生长和发育(图2)。例如,这种渐变的表达控制你的手指应该多长时间,你的脸,你的鼻子在哪里等细节对身体结构。梯度系统被认为是一种经济的方式对于细胞定义体模式,因为他们利用少量的信号分子,使各种细胞类型,而不需要每个类型的新信号系统。

图2:通过远程信号模式发展领域。

成形素信号。细胞的形态形成的机制设置位置值形成浓度梯度在发展领域细胞所在;梯度在每个点的值的字段是一个函数的距离从morphogen-secreting接收细胞细胞(绿色)所示。b)传递信号。每个单元格的位置值设置通过顺序归纳相邻细胞间信号传递事件。

©2001自然出版集团Tabata, t .遗传学的成形素梯度。自然遗传学评论 2,621 (2001)。保留所有权利。

细节图

更多地了解形态因子的作用在两侧对称动物的发展,科学家们已经收集的数据在昆虫,这些蛋白质的基因尤其是果蝇黑腹果蝇。这些信息已经产生了一些强大的见解。例如,一个很好的例子转录因子受成形素梯度是decapentaplegic(民进党)表示在发展中果蝇的翅膀(Tabata, 2001)。事实上,这种物质对翼细胞的生长至关重要。

在果蝇中,机翼结构称为幼虫成虫盘形式,这是一种囊上皮细胞,是留给未来的发展。这盘是分成隔间,前/后(A / P)轴和背侧和腹侧(D / V)轴。P室细胞被选择基因的表达十字的(在)。十字的产物,随着合作伙伴的物质,形成了一个转录因素诱发的监管蛋白质刺猬(Hh),反过来,民进党在P的诱导表达室沿着D / V轴和扩散距离短到一个隔间,中央控制模式域的翅膀。民进党转录因子基因诱发一系列的生产目标,为其他转录因子包括基因代码,并激活途径导致机翼的扩张模式。因此民进党对于翼细胞的生长和中央域以外的模式。

有趣的是,工作组(无翼)蛋白在前翼就像民进党行为后的细胞。此外,这些蛋白质行为阻止;具体地说,民进党是Wg -转录因子,而Wg干扰了翻译民进党。因此,基因表达的有效性是至关重要的梯度在指定不同的细胞命运。

民进党梯度的存在在果蝇的翅膀已经演示了使用蛋白质融合生活的苍蝇。特别是,绿色荧光蛋白(GFP)基因与民进党融合生成一个包含民进党和GFP域的蛋白质产品。这种融合基因表达在民进党突变体苍蝇(图3;Teleman &科恩,2000)和显示函数正常。使用这个GFP-tagged版本的民进党允许调查人员可视化民进党在活细胞的行为。如您所见,民进党在最强的浓度(可视化为亮绿色荧光)成虫盘的中心。后和前扩散的信号可以被视为GFP的强度作为一个远离dim明亮的中央条纹(图3)。这个扩散也量化通过测量GFP信号的强度在整个成虫盘(图3中,底部)。

图3

因此充足的证据调节基因表达梯度存在于某些地区,而且这些梯度分化的细胞类型中发挥作用,但是他们是怎样做的呢?似乎最终形态因子外细胞的浓度梯度影响转录因子的活性(活化剂和抑制因子)来调节细胞内的转录核。监管的转录因子信号转导蛋白从细胞表面梯度整个细胞细胞核的细胞信号级联——第一步是“看到”成形素通过绑定到表面上,和最后一步的活化或抑制多种靶基因的转录。

例如,在民进党信号蛋白p-Mad把原子核和调节许多基因。此外,负转录因子Brinker (Brk)由民进党表达下调。因为Brk的正常功能是民进党的目标基因的抑制,最终的结果是民进党的激活目标。很多民进党目标基因似乎有多个结合位点Brk p-Mad,这意味着他们的表达可能在这些竞争的复杂控制分子(Tabata, 2001)。之间的平衡的影响转录因子作为活化剂和阻遏蛋白似乎是基于符合其他梯度信号级联,如Hh的果蝇。

因此,监管蛋白梯度基本行为,直接影响基因表达的细胞位于,表达的程度,取决于监管蛋白质的浓度。没有非常具体的控制蛋白质形成梯度,就没有一致性的胚胎发育和身体模式。因此,这些机制负责口述两侧对称动物的可识别的模式增长的影响变化下游转录因子浓度的方式活动。