Переход от материнского к зиготическому
Переход от материнского к зиготическому ( MZT ), также известный как активация эмбрионального генома , представляет собой стадию эмбрионального развития , во время которой развитие находится под исключительным контролем зиготического генома, а не материнского (яйцеклеточного) генома. Яйцеклетка содержит сохраненную мРНК материнского генетического материала , которая контролирует развитие эмбриона до появления MZT. После МЗТ диплоидный эмбрион берет на себя генетический контроль. [1] [2] Это требует как активации зиготического генома (ZGA), так и деградации материнских продуктов. Этот процесс важен, поскольку впервые используется новый эмбриональный геном , а отцовский и материнский геномы используются в комбинации (т. е. разные аллели будут экспрессироваться ). Зиготический геном теперь управляет развитием эмбриона.
MZT часто считают синонимом перехода средней бластулы (MBT), но на самом деле эти процессы различны. [3] МБТ примерно совпадает с ЗГА Однако у многих многоклеточных животных . [4] и, таким образом, могут иметь некоторые общие регулятивные особенности. Например, предполагается, что оба процесса регулируются ядерно-цитоплазматическим соотношением . [5] [6] Строго говоря, МВТ относится к изменениям клеточного цикла и подвижности клеток , которые происходят непосредственно перед гаструляцией . [3] [4] На ранних дробления стадиях эмбриогенеза отсутствуют стадии «разрыва» быстрые деления происходят синхронно и в клеточном цикле . [3] практически отсутствует этих стадиях транскрипция мРНК На из зиготического генома . [5] но для возникновения MBT не требуется зиготическая транскрипция. [3] Клеточные функции во время раннего дробления осуществляются преимущественно материнскими продуктами — белками и мРНК, поступившими в яйцеклетку во время оогенеза .
Активация зиготического генома
[ редактировать ] |
Чтобы начать транскрипцию зиготических должен генов , эмбрион сначала преодолеть молчание установленное . Причина этого молчания может быть связана с несколькими факторами: хроматина модификациями , приводящими к репрессии, отсутствием адекватного транскрипции механизма или нехваткой времени, в течение которого может произойти значительная транскрипция из-за укороченных клеточных циклов. [7] Доказательства первого метода были предоставлены экспериментами Ньюпорта и Киршнера, показавшими, что ядерно-цитоплазматическое соотношение играет роль в активации зиготической транскрипции . [5] [8] Они предполагают, что определенное количество репрессора упаковано в яйцеклетку и что экспоненциальная амплификация ДНК в каждом клеточном цикле приводит к титрованию репрессора в подходящее время. Действительно, у Xenopus эмбрионов , в которые избыток ДНК введен , транскрипция начинается раньше. [5] [8] Совсем недавно были получены данные, что транскрипция подмножества генов у дрозофилы задерживается на один клеточный цикл у гаплоидных эмбрионов . [9] Второй механизм репрессии также изучался экспериментально. Приоло и др. показали, что введение ТАТА-связывающего белка (TBP) в ооциты Xenopus позволяет частично преодолеть блок транскрипции. [10] Гипотеза о том, что укороченные клеточные циклы могут вызывать репрессию транскрипции, подтверждается наблюдением, что митоз вызывает прекращение транскрипции. [11] Общепринятый механизм инициации регуляторных сетей эмбриональных генов у млекопитающих заключается в наличии множественных волн MZT. У мышей первый из них происходит в зиготе, где экспрессия нескольких первых транскрипционных факторов постепенно увеличивает экспрессию генов-мишеней ниже по ходу транскрипции. Эта индукция генов приводит ко второму важному событию MZT. [12]
Очистка материнских транскриптов
[ редактировать ]Чтобы исключить вклад продуктов материнского гена в развитие, поставляемые матерью мРНК должны быть деградированы в эмбрионе . Исследования на дрозофиле показали, что последовательности в 3'-UTR материнских транскриптов опосредуют их деградацию. [13] Эти последовательности распознаются регуляторными белками , которые вызывают дестабилизацию или деградацию транскриптов. Недавние исследования на рыбках данио и Xenopus обнаружили доказательства роли микроРНК в деградации материнских транскриптов. У рыбок данио микроРНК miR-430 экспрессируется в начале зиготической транскрипции и нацелена на несколько сотен мРНК для деаденилирования и деградации. Многие из этих мишеней представляют собой гены , экспрессируемые по материнской линии. [14] Сходным образом у Xenopus miR-430 , что ортолог было показано miR-427 нацеливается на материнские мРНК для деаденилирования. В частности, мишени миР-427 включают регуляторы клеточного цикла, такие как циклин A1 и циклин B2 . [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ли М.Т., Бонно А.Р., Такач К.М., Баззини А.А., ДиВито К.Р., Флеминг Э.С., Хиральдез А.Дж. (ноябрь 2013 г.). «Nanog, Pou5f1 и SoxB1 активируют экспрессию зиготических генов во время перехода от материнского к зиготическому типу» . Природа . 503 (7476): 360–4. дои : 10.1038/nature12632 . ПМЦ 3925760 . ПМИД 24056933 .
- ^ Шульц К.Н., Харрисон М.М. (апрель 2019 г.). «Механизмы, регулирующие активацию зиготического генома» . Нат преподобный Жене . 20 (4): 221–234. дои : 10.1038/s41576-018-0087-x . ПМК 6558659 . ПМИД 30573849 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Бару С., Отран Д., Гиллмор С.С. и др. (2008). «Материнский переход к зиготике у животных и растений» . Холодный источник Harb Symp Quant Biol . 73 : 89–100. дои : 10.1101/sqb.2008.73.053 . ПМИД 19204068 .
- ^ Перейти обратно: а б Тадрос В., Липшиц Х.Д. (2009). «Переход от матери к зиготе: пьеса в двух действиях» . Разработка . 136 (18): 3033–42. дои : 10.1242/dev.033183 . ПМИД 19700615 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Ньюпорт Дж., Киршнер М. (1982). «Основной переход в развитии ранних эмбрионов Xenopus : I. характеристика и время клеточных изменений на стадии средней бластулы». Клетка . 30 (3): 675–86. дои : 10.1016/0092-8674(82)90272-0 . ПМИД 6183003 . S2CID 24114437 .
- ^ Притчард Д.К., Шубигер Г. (1996). «Активация транскрипции у эмбрионов дрозофилы представляет собой постепенный процесс, опосредованный нуклеоцитоплазматическим соотношением» . Генс Дев . 10 (9): 1131–42. дои : 10.1101/gad.10.9.1131 . ПМИД 8654928 .
- ^ Шир А.Ф. (2007). «Материнско-зиготический переход: смерть и рождение РНК». Наука . 316 (5823): 406–7. Бибкод : 2007Sci...316..406S . дои : 10.1126/science.1140693 . ПМИД 17446392 . S2CID 36999389 .
- ^ Перейти обратно: а б Ньюпорт Дж., Киршнер М. (1982). «Основной переход в развитии ранних эмбрионов Xenopus : II. контроль начала транскрипции». Клетка . 30 (3): 687–96. дои : 10.1016/0092-8674(82)90273-2 . ПМИД 7139712 . S2CID 25235449 .
- ^ Лу Х, Ли Дж.М., Элементо О, Тавазои С., Вишаус Э.Ф. (2009). «Сочетание зиготической транскрипции с митотическим контролем при дрозофилы переходе средней бластулы » . Разработка . 136 (12): 2101–2110. дои : 10.1242/dev.034421 . ПМЦ 2685728 . ПМИД 19465600 .
- ^ Приоло М.Н., Уэ Дж., Сентенак А., Мечали М. (1994). «Конкуренция между сборкой хроматина и транскрипционного комплекса регулирует экспрессию генов на ранних стадиях развития». Клетка . 77 (3): 439–49. дои : 10.1016/0092-8674(94)90158-9 . ПМИД 8181062 . S2CID 1090434 .
- ^ Шермоен А.В., О'Фаррелл П.Х. (1991). «Прогрессирование клеточного цикла посредством митоза приводит к прерыванию возникающих транскриптов» . Клетка . 67 (2): 303–10. дои : 10.1016/0092-8674(91)90182-X . ПМК 2755073 . ПМИД 1680567 .
- ^ Сюэ, Чжиган, Кевин; Цай, Линьбо; Фэн, Юн; Цзэн, Лимин; Лю, Цзя-инь; Стив; Фан, Гопин (2013). секвенирования одноклеточной . эмбрионах человека и мыши , РНК Хорват , выявленные с помощью Генетические « программы в ранних » : 10.1038 nature12364 PMC 4950944 / PMID 23892778 .
- ^ Тадрос В., Липшиц Х.Д. (2005). «Подготовка почвы для развития: трансляция и стабильность мРНК во время созревания ооцитов и активации яйцеклеток у дрозофилы » . Дев Дин . 232 (3): 593–608. дои : 10.1002/dvdy.20297 . ПМИД 15704150 .
- ^ Хиральдес А.Дж., Мисима Ю., Рихель Дж., Грокок Р.Дж., Ван Донген С., Иноуэ К., Энрайт А.Дж., Шир А.Ф. (2006). «МиР-430 рыбок данио способствует деаденилированию и клиренсу материнских мРНК» . Наука . 312 (5770): 75–9. Бибкод : 2006Sci...312...75G . дои : 10.1126/science.1122689 . ПМИД 16484454 . S2CID 5529357 .
- ^ Лунд Э., Лю М., Хартли Р.С., Шитс М.Д., Дальберг Дж.Э. (2009). «Деаденилирование материнских мРНК, опосредованное миР-427, в эмбрионах Xenopus laevis » . РНК . 15 (12): 2351–63. дои : 10.1261/rna.1882009 . ПМК 2779678 . ПМИД 19854872 .