Эктодерма спецификация

У Xenopus laevis спецификация трех зародышевых слоев ( эндодерма , мезодерма и эктодерма ) происходит на стадии бластула . ^{[ 1 ]} Были предприняты большие усилия, чтобы определить факторы, которые указывают эндодерму и мезодерму. С другой стороны, только несколько примеров генов, которые необходимы для спецификации эктодермы , было описано в последнем десятилетии. Первой молекулой, идентифицированной, необходимой для спецификации эктодермы, была эктодермин убиквитин лигазы (Ecto, TIF1-γ, TRIM33); Позже было обнаружено, что деубиквитинирующий фермент, FAM/USP9X , способен преодолеть эффекты убиквитинирования, сделанного эктодермином в SMAD4 (Dupont et al., 2009). Два фактора транскрипции были предложены для контроля экспрессии генов эктодермальных специфических генов: POU91/OCT3/4 ^{[ 2 ]} и Foxie1 / забота . ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Показано , что новый фактор, специфичный для эктодермы, XFDL156 , имеет важное значение для подавления мезодермы от плюрипотентных клеток. ^{[ 5 ]}

Белки, необходимые для эктодермальной спецификации.

Эктодермин и Фам

Биологическая роль эктодермина и FAM

Эктодермин белка, в первую очередь идентифицированный у эмбрионов Xenopus , способствует эктодермальной судьбе и подавляет образование мезодермы, опосредованное сигналом трансформирующего фактора роста β (TGFβ) и морфогенных белков кости (BMP), членов TGFβ-Superfamily. ^{[ 6 ]} Когда лиганды TGFβ связываются с TGFβ-рецепторами, они вызывают активацию сигнальных преобразователей R-SMAD ( SMAD2 , SMAD3 ). SMAD4 образует комплекс с активированными R-SMAD и активирует транскрипцию специфических генов в ответ на сигнал TGFβ. Путь BMP передает свои сигналы аналогичным образом, но через другие типы R-SMAD ( SMAD1 , SMAD5 и SMAD8 ). Фактор транскрипции SMAD4 является единственным распространенным медиатором, разделенным как между TGFβ, так и между путями BMP. ^{[ 7 ]} Во время спецификации эктодермы функция SMAD4 регулируется убиквитинированием и деубиквитинированием, выполненной эктодермином и FAM, соответственно. Состояние убиквитинирования SMAD4 определит, может ли оно реагировать на сигналы, полученные из TGFβ и BMP. ^{[ 6 ]}^{[ 8 ]} Равновесие активности, локализации и сроков TGFβ и BMP -преобразователей, SMAD4, FAM и эктодермина, должны быть достигнуты для того, чтобы иметь возможность модулировать экспрессию генов генов, необходимых для образования зародышевых слоев.

Идентификация эктодермина и FAM

Библиотека кДНК от стадии бластулы эмбриона лягушки была клонирована в плазмиды экспрессии РНК для генерации синтетической мРНК. Затем мРНК вводили в несколько эмбрионов Xenopus на четырехклеточной стадии и смотрели на ранние бластодные эмбрионы для расширения области эктодермального маркера SOX2 и уменьшения экспрессии мезодермального маркера XBRA . Эктодермин был одним из 50 клонов, чтобы представить этот фенотип при введении в эмбрионы. ^{[ 6 ]} Идентификация FAM была проведена с помощью экрана миРНК , чтобы найти деубиквитиназы , которые регулируют ответ на TGFβ.

Эктодермин и локализация FAM

МРНК эктодермина находится на материальном полюсе яйца. На ранней стадии бластулы эмбриона мРНК и белка эктодермина образуют градиент, который переходит от полюса животного (самая высокая концентрация) вниз до предельной зоны (самая низкая концентрация), чтобы предотвратить TGFβ и узловые сигналы , которые вызывают мезодерму, происходящие из растительного полюса. МРНК эктодермина обогащена в дорсальной стороне эмбриона, и в конце этой стадии выражение постепенно исчезает. ^{[ 6 ]} Smad4 убиквитинируется эктодермином в ядре и экспортируется в цитоплазму, где он может быть деубиквитинирован FAM; Таким образом, SMAD4 может быть переработан и снова быть функциональным. нет профиля выражения FAM Хотя в ранних эмбрионах у ксенопуса , в рыбе зебры гомолог FAM экспрессируется повсеместно на двухклеточной стадии, но по мере того, как развитие происходит, тогда его единственное выражается в Центральной нервной системе головного. ^{[ 9 ]}

Функции эктодермина и FAM

Эктодермин представляет собой убиквитин E3-лигазу, которая ингибирует TGFβ и сигнальные пути BMP путем ингибирования SMAD4 посредством убиквитинирования лизина 519, а также, хотя и прямо связывание с фосфо-SMAD2. ^{[ 6 ]}^{[ 8 ]} Инъекция мРНК Ecto в маргинальной зоне приводит к расширению раннего эктодермального маркера, SOX2 и снижению мезодермальных маркеров (XBRA, EOMES, VENT-1, MIX-1 и микшер). Противоположность происходит в нокдаунских экспериментах эктодермина с использованием стратегии морфолино; Эмбрионы становятся более чувствительными к реакции активина, они показывают увеличение и расширение экспрессии мезодермальных специфических генов и подавляют экспрессию нейронной плиты и маркера эпидермиса (SOX2 и цитокератин соответственно). В соответствии с активностью эктодермина, зависящей от кольцевого кракки, у мутанта кольцевого пальма (C97A/C100A), мутанта с кольцевым краном (C97A/C100A) неактивен в усилении функции. ^{[ 6 ]} Усиление функции FAM увеличивает ответы BMP и TGFβ и ее потерю функции по мутации в критическом остатках для его активности, вызванного ингибированием ответа TGFβ.

Сохранение эктодермина и FAM у других видов

Молекулярная функция эктодермина человека действует как негативный регулятор SMAD4, предполагает, что эта специфическая функция сохраняется среди линии позвоночных. ^{[ 6 ]} Идентичность последовательности между гомологами FAM выше 90% при сравнении гомологов Ксенопа , рыбок данио, мыши и человека, что позволяет предположить, что это также может быть сохранено среди других организмов. ^{[ 9 ]} Действительно, инактивация нокаут генов у эмбрионов мышей показала, что функция эктодермина в качестве ингибитора передачи сигналов TGF-бета сохраняется. ^{[ 10 ]} Эмбрионы, отсутствующие эктодермина, показывают дефектное развитие передней висцеральной эндодермы (пр.), Которая является первой тканью, которая индуцируется сигналами TGF-бета у эмбрионов мыши; В соответствии с потерей ингибитора эктодермин-/- эмбрионы продемонстрировали увеличенную индукцию пр. Авеню. Поскольку AVE является естественным источником секретируемых антагонистов TGF-бета, это расширение первичной авеню вызвало второе, на более поздних стадиях ингибирование внеклеточных лигандов TGF-бета, что приводит к тому, что эмбрионы отсутствуют в развитии мезодермы. Эта модель была подтверждена тем, что эктодермин-/-эмбрионы были спасены до дикого типа (Normal Ave, нормальное развитие мезодермы) путем снижения генетической дозы основного TGF-бета-лиганда эмбриона, Nodal. Дальнейшая поддержка роли ингибитора TGF-бета, тканевой селективной делеции эктодермина из эпибласта (из которой мезодерма, но не проспект, вытекает) оставил пр. Незатронутые, но вызвало это время расширение передних мезодермальных существ. Отзывчивость на сигналы TGF-бета. В совокупности эти данные подтверждены генетическими инструментами. Аувтономная роль клеток для эктодермина в качестве ингибитора ответов SMAD4, ранее идентифицированных у эмбрионов Xenopus и клеточных линий человека.

Фокс

Биологическая роль Foxi1e

В начале развития в Xenopus транскрипционный фактор Foxi1e/Xema активирует эпидермальную дифференцировку и подавляет гены эндодермы и мезодермы в крышках животных (Suri et al., 2005). Предполагается, что Foxi1e активен до того, как эктодерма разбивается в эпидермис и центральную нервную систему.

Идентификация Foxi1e

Mir et al., 2005 идентифицировали Foxi1e (xema) путем выбора генов, которые были понижены при сигналах индуцирующих мезодермы в эктодерме по сравнению с растительной областью раннего эмбриона бластулы . Кроме того, высокая экспрессия этого гена наблюдалась у колпачков животных у эмбрионов, которым не хватает овощей по сравнению с диким типом.

Локализация в клетке

МРНК FOXI1E экспрессируется зиготически (стадия 8.5) и достигает более высокого уровня экспрессии на ранних стадиях гаструляции и поддерживает этот уровень в нейроле, хвостовой кубике до ранних стадий голова. ^{[ 4 ]} Foxi1e имеет специфическую мозаическую паттерн экспрессии, он экспрессируется в первую очередь в дорсальной эктодерме, и в то время как гаструла прогрессирует, экспрессия проходит через вентральную сторону, а ее экспрессия понижается в дорсальной стороне, когда образуется нервная пластина. ^{[ 11 ]} Foxi1e зависит от сигналов BMP на стадии нейролы, ограничивая локализацию Foxi1e до вентральной стороны эктодермы.

Функция и регуляция белка

Foxi1e/Xema принадлежит к семейству транскрипционных факторов Foxi1, известного в формировании мезодермы, развитии глаз ^{[ 12 ]} и спецификация вентральной головки. ^{[ 13 ]} Было предложено, чтобы Notch и/или Nodal , выраженная в области вегеталов/мезодермы раннего эмбриона бластулы , потенциально может быть ингибиторами Foxi1e. ^{[ 3 ]}^{[ 11 ]}

Потеря и усиление функции

Ингибирование созревания мРНК FOXI1E с помощью блокирующего сплайсинговой морфолино показывает пороки развития в развитии эпидермиса и первичной системы и понижает регуляцию эктодермы генов, тогда как избыточная экспрессия Foxi1e ингибирует образование мезодермы и эндодермы. Растительные структуры образуют поздние бластосовые массы, которые обычно приводят к эндодерме и мезодерме, при введении мРНК Foxi1e, они способны экспрессировать эктодермальные специфические маркеры (пан-эктодермальный e-cadherin, эпителиальный цитокератин, маркер нервного гребня и нейронный маркер Sox-. 2) В то время как эндодермальные маркеры (эндодермин, xsox17a) уменьшались в экспрессии. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

XFDL156

Биологическая роль XFDL156

Белок p53 связывается с промоторами ранних мезодермальных генов. ^{[ 14 ]} P53 - это транскрипт депонированного матери, который образует комплекс транскрипционного фактора с SMAD2 и приводит к экспрессии генов, участвующих в индукции мезодермы и активации генов -мишеней TGFβ. ^{[ 15 ]} Ядерный белок Zinc (Zn) -Finger- ядерный белок XFDL159, экспрессируемый в CAP животных, действует в качестве эктодермы, их определяет эктодерму, ингибируя p53 от активации генов для дифференцировки мезодермы. ^{[ 5 ]}

Идентификация XFDL156

Строительство библиотеки кДНК из колпачков животных на стадии 11,5, клонированная в вектор экспрессии и генерируемую мРНК. Синтетическую РНК затем вводили в эмбрионы, и кепки животных этих собранных эмбрионов были получены и подвергались лечению активином . Xbra была восстановлена путем выбора клона, который подавляет мезодермальный маркер XBRA. ^{[ 5 ]}

Локализация XFDL156

Поскольку XFDL156 является фактором, который взаимодействует с p53, локализация этого белка находится в ядре (Sasai et al., 2008). МРНК XFDL156 депонируется материнской линейкой, а затем выражена зиготи. Сроки экспрессии генов показывают более высокий уровень экспрессии при ранней гаструле и половину снижения экспрессии в середине гастролы, а на стадии 20 экспрессия исчезает. ^{[ 5 ]}

Функция белка XFDL156

Xfdr цинковой пальцы связывается с регуляторной областью p53, расположенной в C-концевом домене, и его экспрессия не влияет на наличие факторов транскрипции активина, Foxi1e или XLPOU91.

Потеря и усиление функции в XFDL156

Потеря функции Morpholino вызывает неправильную мезодермальную дифференцировку в эктоэдермальных областях; Это вызвано десупрессией мезодермальных маркеров (XBRA, Vegt и Mix.2). Усиление функций вызывает снижение экспрессии мезодермальных маркеров. ^{[ 5 ]}

Сохранение гомологов XFDL у других видов

Гомологи человека и мыши XFDR156 способны дополнять функцию XFDR взаимодействовать с p53 и ингибировать его как фактор транскрипции. ^{[ 5 ]}

Эктодерма индукция в ранней бластуле у эмбриона Xenopus .

Ссылки

^ Heasman, J., Quarmby, J. и Wylie, CC (1984). Митохондриальное облако ооцитов Xenopus: источник материала зародышевой гранул. Dev Biol 105, 458-469.
^ Snir, M., Ofir, R., Elias S. и Frank, D. (2006). Белок Xenopus laevis pou91, гомолог OCT3/4, регулирует компетентные переходы от мезодермы к судьбам нервных клеток. Embo J 25, 3664-3674.
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в Мир, А., Кофрон, М., Зорн, А.М., Баджзер, М., Хак М., Хисман Дж. И Уайли, CC (2007). Foxi1e активирует образование эктодермы и контролирует положение ячейки в бластуле Xenopus. Разработка 134, 779-788.
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в Suri, C., Haremaki, T. и Weinstein, DC (2005). XEMA, ген класса Foxi, экспрессируемый в эктодерме xenopus gastrula, необходим для подавления мезендодермы. Разработка 132, 2733-2742.
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Sasai, N., Yakura, R., Kamiya, D., Zeawa, Y. и Sasai, Y. (2008). Эктодермальный фактор ограничивает различие мезодермы путем ингибирования р5 Ячейка 133, 878-8
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин Dupont S., Zacchigna L., Cordenonsi M., Soligo S., Adorno M., Rugge M. и Piccolo S. (2005). Спецификация зародышевых слоев и контроль роста клеток эктодермином, убиквитин-лигаза Smad4. Клетка 121, 87-99.
^ Siegel, PM и Massague, J. (2003). Цитостатическое и апоптотическое действие TGFβeta при гомеостазе и раке. Природные обзоры-Рак 3, 807-821.
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Dupont S., Mamidi, A., Cordenonesi, M., M., M., Zacchigna, L., Adorno, M., Martello, G., Stinchfield, MJ, Soligo, S., Morsut, L., И др. (2009). FAM/USP9X, девитирующий фермент, необходимый для передачи сигналов TGFβETA, контролирует моноубиквитинирование Smade4. Клетка 136, 123-1
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Khut, Py, Tucker, B., Lardelli, M. and Wood, SA (2007). Эволюционный и экспрессивный анализ рыбок дабиквитилаторного фермента, USP9. Рыза 4, 95-101.
^ Морсут Л., Ян К.П., Энцо Е., Арагона М., Солиго С.М., Вендлинг О., Марк М., Хетчумиан К., Брессан Г., Чамбон П., Дюпон С., Унинг Р., Пикколо С. (2010). «Отрицательный контроль активности SMAD с помощью эктодермина/TIF1Gamma закономерности эмбриона млекопитающих». Разработка . 137 (15): 2571–8. doi : 10.1242/dev.053801 . PMID 20573697 .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Мир А., Кофрон М., Хисман Дж., Могл М., Ланг С., Бирсой Б. и Уайли С. (2008). Сигналы с длинным и коротким диапазоном контролируют динамическую экспрессию специфического полушария животного гена в Xenopus. Dev Biol 315, 161-172.
^ Pohl, BS, Rossner, A. и Knochel, W. (2005). Семейство Fox Gene в Xenopus laevis: Foxi2, Foxm1 и Foxp1 в раннем развитии. Int J Dev Biol 49, 53-58.
^ Matsuo-Takasaki, M., Matsumura, M. и Sasai, Y. (2005). Основная роль Xenopus foxi1a для вентральной спецификации цефальной эктодермы во время гаструляции. Разработка 132, 3885-3894.
^ Cordenonsi, M., Dupont, S., Maretto, S., Insinga, A., Imbriano, C. и Piccolo, S. (2003). Связь между супрессорами опухолей: P53 требуется для ответов генов TGFβETA, сотрудничая со SMAD. Ячейка 113, 301-314.
^ Takebayashi-Suzuki, K., Funami, J., Tokumori, D., Saito, A., Watabe, T., Miyazono, K., Kanda, A. и Suzuki, A. (2003). Взаимодействие между опухолевым супрессором P53 и бета -сигнальной сигнальной осью TGF Embryonal Bodes в Xenopus. Разработка 130, 3929-3939.

[Heasman-1] Heasman, J., Quarmby, J. и Wylie, CC (1984). Митохондриальное облако ооцитов Xenopus: источник материала зародышевой гранул. Dev Biol 105, 458-469.

[Snir-2] Snir, M., Ofir, R., Elias S. и Frank, D. (2006). Белок Xenopus laevis pou91, гомолог OCT3/4, регулирует компетентные переходы от мезодермы к судьбам нервных клеток. Embo J 25, 3664-3674.

[Mir07-3] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в Мир, А., Кофрон, М., Зорн, А.М., Баджзер, М., Хак М., Хисман Дж. И Уайли, CC (2007). Foxi1e активирует образование эктодермы и контролирует положение ячейки в бластуле Xenopus. Разработка 134, 779-788.

[suri-4] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в Suri, C., Haremaki, T. и Weinstein, DC (2005). XEMA, ген класса Foxi, экспрессируемый в эктодерме xenopus gastrula, необходим для подавления мезендодермы. Разработка 132, 2733-2742.

[sasai-5] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Sasai, N., Yakura, R., Kamiya, D., Zeawa, Y. и Sasai, Y. (2008). Эктодермальный фактор ограничивает различие мезодермы путем ингибирования р5 Ячейка 133, 878-8

[dupont05-6] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин Dupont S., Zacchigna L., Cordenonsi M., Soligo S., Adorno M., Rugge M. и Piccolo S. (2005). Спецификация зародышевых слоев и контроль роста клеток эктодермином, убиквитин-лигаза Smad4. Клетка 121, 87-99.

[Siegel-7] Siegel, PM и Massague, J. (2003). Цитостатическое и апоптотическое действие TGFβeta при гомеостазе и раке. Природные обзоры-Рак 3, 807-821.

[dupont09-8] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Dupont S., Mamidi, A., Cordenonesi, M., M., M., Zacchigna, L., Adorno, M., Martello, G., Stinchfield, MJ, Soligo, S., Morsut, L., И др. (2009). FAM/USP9X, девитирующий фермент, необходимый для передачи сигналов TGFβETA, контролирует моноубиквитинирование Smade4. Клетка 136, 123-1

[khut-9] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Khut, Py, Tucker, B., Lardelli, M. and Wood, SA (2007). Эволюционный и экспрессивный анализ рыбок дабиквитилаторного фермента, USP9. Рыза 4, 95-101.

[10] Морсут Л., Ян К.П., Энцо Е., Арагона М., Солиго С.М., Вендлинг О., Марк М., Хетчумиан К., Брессан Г., Чамбон П., Дюпон С., Унинг Р., Пикколо С. (2010). «Отрицательный контроль активности SMAD с помощью эктодермина/TIF1Gamma закономерности эмбриона млекопитающих». Разработка . 137 (15): 2571–8. doi : 10.1242/dev.053801 . PMID 20573697 .

[mir08-11] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Мир А., Кофрон М., Хисман Дж., Могл М., Ланг С., Бирсой Б. и Уайли С. (2008). Сигналы с длинным и коротким диапазоном контролируют динамическую экспрессию специфического полушария животного гена в Xenopus. Dev Biol 315, 161-172.

[Pohl-12] Pohl, BS, Rossner, A. и Knochel, W. (2005). Семейство Fox Gene в Xenopus laevis: Foxi2, Foxm1 и Foxp1 в раннем развитии. Int J Dev Biol 49, 53-58.

[Matsuo-Takasaki-13] Matsuo-Takasaki, M., Matsumura, M. и Sasai, Y. (2005). Основная роль Xenopus foxi1a для вентральной спецификации цефальной эктодермы во время гаструляции. Разработка 132, 3885-3894.

[Cordenonsi-14] Cordenonsi, M., Dupont, S., Maretto, S., Insinga, A., Imbriano, C. и Piccolo, S. (2003). Связь между супрессорами опухолей: P53 требуется для ответов генов TGFβETA, сотрудничая со SMAD. Ячейка 113, 301-314.

[Takebayashi-Suzuki-15] Takebayashi-Suzuki, K., Funami, J., Tokumori, D., Saito, A., Watabe, T., Miyazono, K., Kanda, A. и Suzuki, A. (2003). Взаимодействие между опухолевым супрессором P53 и бета -сигнальной сигнальной осью TGF Embryonal Bodes в Xenopus. Разработка 130, 3929-3939.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]