Udviklingen af ​​orme begynder med en hale • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Genetik

Udviklingen af ​​orme begynder med en hale

orm Caenorhabditis elegans – en favorit af genetikere og embryologer (foto fra www.space.gc.ca)

Tyske biologer har dechifret den mekanisme, der styrer celledeling af et udviklende ormembryo Caenorhabditis elegans – Model objekt til dyreudvikling forskning. Det viste sig, at et af cellerne i embryoet, P2 blastomeren, udskiller et signalsubstans, der får de resterende celler til at opdele i en bestemt retning, hvorved embryoet erhverver en langstrakt form. Den del af embryoet, hvor P2-cellen er placeret, bliver dens bageste ende. Selv kortvarig kontakt med P2-cellen fører til polarisering af de resterende blastomerer og får dem til at udvikle sig ikke i en amorf cellemasse, men ind i et langstrakt embryo med en bageste ende på det sted, hvor P2-cellen rørte ved den.

Nematode (Roundworm) Caenorhabditis elegans – En stor model objekt til en bred vifte af undersøgelser. Det er nok nok at sige, at Sydney Brenner i 2002, der først begyndte at bruge denne lille orm som modelobjekt i genetisk og embryologisk forskning, blev tildelt Nobelprisen (se: Erika Check. Worm for Nobelprisen) natur, 419, 548-549. 10. oktober 2002).

En af de vigtigste fordele C. elegans – gennemsigtighedUnder mikroskopet er alle indre organer og endda individuelle celler tydeligt synlige i lumen. For at se i detaljer, hvordan en orm udvikler sig fra det befrugtede æg med fordøjelsessystemet og nervesystemet, musklerne og reproduktionsorganerne, er det tilstrækkeligt blot at lægge et æg. C. elegans på mikroskopetrinnet og observere det i 14 timer – det er hvor meget den embryonale udvikling af dette dyr fortsætter.

Genetik og embryologer har identificeret en række gener, som påvirker udviklingen af ​​ormen, og mange af disse gener findes også i andre multicellulære, herunder mennesker. Som det er kendt, systemet med genetisk regulering af udvikling, herunder Hox– gener og en række andre vigtige genregulatorer er generelt ens i alle bilaterale symmetriske dyr. Forskere er dog stadig meget langt fra en fuldstændig forståelse af de fantastiske mekanismer, der forårsager, at et knusende æg ikke omdannes til en klump af celler, men til en kompleks og fint organiseret multicellulær væsen.

Genetisk analyse tillader kun at identificere de nødvendige gener (men ikke nødvendigvis tilstrækkelige) til visse aspekter af celledifferentiering. For eksempel mutationer Hox-gener kan føre til en bizar blanding af tegn, der er karakteristiske for forskellige dele af kroppen (benene kan vokse på hovedet af en drosophila, et ekstra par vinger kan vokse på bagsiden af ​​brystet). Der er kendte gener, mutationer, der fører til en fuldstændig forstyrrelse af celledifferentieringsprocesserne, således at der i stedet for et normalt embryo faktisk dannes et amorft klump af celler. Men for at forstå, hvordan alle disse gener sammen driver udvikling, er embryologiske eksperimenter nødvendige.

C. elegans – et ideelt formål for sådan forskning. Udviklingen af ​​denne orm spores i alle detaljer – fra det befrugtede æg til den voksne organisme. Den eksakte skæbne af hver kimcelle (blastomere) er velkendt; Det er kendt fra hvilken blastomer, at hver af cellerne i voksenormen dannes. Det må siges, at udviklingen af ​​rundorm, i modsætning til mange andre dyr, er meget strengt bestemt fra begyndelsen. Selv på scenen af ​​et to-celle embryo er dets blastomerer ikke det samme. Opdele dem, vi får ikke tvillinger, som det er tilfældet med hvirveldyr. Et større frontblastometer, AB, giver det meste af kroppen, musklerne og nervesystemet. posterior blastomer P1 – en mindre del af kroppen, herunder kønsorganerne og tarmene.Således er skæbnen af ​​disse blastomerer stort set forudbestemt allerede i tocellefasen. Det er forudbestemt af ægens oprindelige polaritet: en blastomer får mere end nogle stoffer, den anden mindre.

Samtidig er blastomerer slet ikke lukkede systemer, der oprindeligt er programmeret til en bestemt udviklingsvej. De kan ikke udvikle sig korrekt uden kontakt med andre blastomerer; de udveksler forskellige kemiske signaler med hinanden og justerer deres adfærd i overensstemmelse med ændringer i det cellulære miljø.

Marcus Bischoff og Ralf Schnabel (Marcus Bischoff, Ralf Schnabel) af Genetics Institute for det tekniske universitet i Braunschweig (Technische Universität Braunschweig Carolo Wilhelmina, Institut für Genetik, Braunschweig, Tyskland) satte sig for at afgøre, hvilken mekanisme er ansvarlig for at give fosteret anterior-posterior polaritet. I forsøgene blev de yderst hjulpet af det faktum at med tidlige embryoner C. elegans kan behandles som en miniature designer. Blastomerer kan opdeles og rekombineres på en vilkårlig måde og endog kompensere for kimære embryoner fra celler fra forskellige individer.Sådanne konstruktioner kan som regel ikke vokse til en voksenorm, men de dør ikke straks og udvikler sig i nogen tid.

Forskere har adskilt fra firecelleembryonerne to forreste celler ("døtre" af AB blastomeren), hvorfra næsten hele ormen normalt skal udvikle sig. I mangel af kontakt med de bageste blastomerer (P1-blastomererens døtre, kaldet EMS og P2), blev disse celler fordelt tilfældigt og omdannet til en formløs klump, uden fremre-posterior polaritet.

embryo C.elegans i fase 8 celler. Det reproduktive system vil udvikle sig fra den violete celle, fra appelsintarmen, fra den gule – alt andet. Efterkommerne af P2 blastomeren er to små celler, lilla og gule, øverst til venstre. Billeder fra www.wormclassroom.org

Forskere har antydet, at de bageste blastomerer udskiller en slags signalstof, der regulerer opdelingen af ​​de forreste celler. Denne antagelse er fuldt bekræftet. Det viste sig, at P2 blastomeren tjener som "polariserende center" af embryoet (det reproduktive system udvikler sig senere fra det og tarmene fra EMS). Det er nok at vedhæfte P2-cellen til efterkommerne i AB i mindst fem minutter, så cellerne "polariserer".Herefter deles efterkommerne af AB ikke på en tilfældig måde, men hovedsageligt i et bestemt plan, således at de ikke resulterer i en klump, men et aflangt ormlignende embryo med en markant for- og bageste ende. Bagenden er altid det punkt, som P2-cellen rørte ved.

Det signifikant påvirker signalstoffet, der udskilles af P2-cellen, orienteringen af ​​divisionsspindlen i knusende blastomerer. Styrken af ​​dette stof er sådan, at ved at påføre cellerne to P2 blastomerer på forskellige steder, modtog forskerne freakish monstre med to haler eller L-formede buede embryoner med to indbyrdes vinkelret foraksel bagud. Hvert kontaktpunkt med P2 blev til en bageste ende!

Nu var det nødvendigt at finde ud af, hvilken slags stof. Det var tidligere kendt, at signaleringsproteinet Wnt, en af ​​de vigtigste multifunktionelle udviklingsregulatorer i multicellulære dyr, har egenskaben til at påvirke orienteringen af ​​celledelingskanalen. Dette protein udskilles af nogle celler og opfattes af andre receptorer, hvilket fører til aktiveringen af ​​forskellige regulerende gener, herunder Hoxet geni.For at teste om P2-blastomeren polariserer de resterende blastomerer med Wnt-proteinet, brugte forskerne mutant P2-blastomerer med Wnt-genet slukket. Det viste sig, at sådanne P2-blastomerer ikke besidder en polariserende virkning. Signalets natur er således blevet etableret.

Det forblev at forstå, hvordan signalet overføres fra en celle til en anden. Forskerne fandt, at celler "polariseret" med en P2 blastomere selv erhverver evnen til at polarisere andre celler. Men hvis de har Wnt genet slået fra, sker det ikke. Herved konkluderede forfatterne, at signaloverførsel ikke forekommer ved diffusion af signalstoffet produceret af P2-blastomeren fra cellen til cellen, men ifølge relæprincippet. Polariserede celler begynder selv at producere Wnt-proteinet og dermed polarisere deres naboer.

Yderligere forsøg har vist, at den resterende del af embryoet (den, der opnås fra EMS blastomeren) også polariseres på grund af kontakten med P2. Således viste P2-blastomeren sig at være det primære organiseringscenter for det udviklende embryo, som bestemmer dets for-posteriorpolaritet.Denne vigtige opdagelse af tyske embryologer samt metoderne til komplekse manipulationer med blastomerer udviklet af dem åbner nye spændingsmuligheder for forskere, der søger at trænge ind i mysteriet med udviklingen af ​​en multicellular organisme.

Kilde: Marcus Bischoff, Ralf Schnabel. Et bageste center for en wnt-afhængig relæmekanisme // Polaritet af Caenorhabditis Elegans PLoS Biology. 2006. 4 (12): e396. DOI: 10.1371 / journal.pbio.0040396.

Se også:
1) Ny i videnskaben om berømte Hox-gener, udviklingsregulatorer, "Elements", 10.10.2006.
2) Fantastisk film, der viser hele udviklingen. Caenorhabditis elegans fra befrugtning til den færdige orm i en accelereret tid (skudt under et mikroskop med en forstørrelse på tusindfold).

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: