Отсек (развитие)
Компартменты можно просто определить как отдельные, разные, соседние популяции клеток, которые при сопоставлении создают границу линии. [1] Эта граница предотвращает перемещение клеток из разных линий через этот барьер, ограничивая их пределами своего компартмента . [2] Подразделения устанавливаются градиентами морфогена и поддерживаются локальными межклеточными взаимодействиями , обеспечивая функциональные единицы доменами различных регуляторных генов , которые приводят к различным судьбам . [1] Границы отсеков встречаются у разных видов . В заднем позвоночных ромбомеры мозге эмбрионов . представляют собой компартменты общей линии [3] определяется экспрессией Hox-генов . [4] У беспозвоночных крыла имагинальный диск дрозофилы представляет собой прекрасную модель для изучения отсеков. Хотя другие ткани , например брюшная полость, [5] и даже другие имагинальные диски разделены на отсеки, большая часть нашего понимания ключевых концепций и молекулярных механизмов, связанных с границами отсеков, была получена в результате экспериментов на крыльевом диске плодовой мухи .
Функция
[ редактировать ]Благодаря разделению различных популяций клеток судьба этих компартментов становится высокоорганизованной и регулируемой. [6] Кроме того, это разделение создает область специализированных ячеек вблизи границы, [7] который служит сигнальным центром для формирования паттерна , поляризации и пролиферации. [8] всего диска. Границы отсеков устанавливают эти организационные центры. [5] [7] обеспечивая источник морфогенов [9] которые отвечают за позиционную информацию, необходимую для развития и регенерации . [9] [10] Неспособность конкуренции клеток происходить через границу указывает на то, что каждый отсек служит автономной единицей роста . [8] [11] Различия в темпах и моделях роста в каждом отсеке позволяют разделить две линии. [12] и каждый контролирует точный размер имагинальных дисков. [13]
Разделение клеток
[ редактировать ]Эти две клеточные популяции разделены механизмом клеточной сегрегации, связанным с наследственной экспрессией гена -селектора . [7] Ген-селектор – это ген, который экспрессируется в одной группе клеток, но не экспрессируется в другой. [5] давая клеткам-основателям и их потомкам разные инструкции. [12] Со временем эти селекторные гены закрепляются либо в экспрессированном, либо в неэкспрессированном состоянии и стабильно наследуются потомкам. [5] [8] определяя идентичность компартмента и предотвращая смешивание этих генетически различных популяций клеток. [13] Следовательно, эти гены-селекторы являются ключевыми для формирования и поддержания компартментов линии. [14]
Центральная догма
[ редактировать ]Разница в активности селекторных генов не только устанавливает два компартмента, но также приводит к образованию границы между ними, которая служит источником градиентов морфогена . В центральной догме компартментов, во-первых, градиенты морфогена позиционируют клетки-основатели компартмента. [2] [8] Затем активные/неактивные селекторные гены придают уникальную генетическую идентичность клеткам внутри компартмента, определяя их судьбу и их взаимодействие с соседним компартментом. [8] [14] Наконец, пограничные клетки, устанавливаемые посредством передачи сигналов ближнего действия от одного отсека к соседнему отсеку. [15] излучают сигналы дальнего действия , которые распространяются на оба отсека, регулируя рост и структуру всей ткани . [8] [16]
Граница A/P
[ редактировать ]В 1970 году с помощью клонального анализа была определена передне-задняя граница. [2] Клетки-основатели, обнаруженные на границе между парасегментами 4 и 5 эмбриона , детерминированы уже на ранней стадии бластодермы и разделены на две популяции, которые они будут генерировать с помощью полос закрепившегося гена . [2] [8] [17] Ген селектор - engrailed (en) является ключевым фактором, определяющим формирование границ между передним и задним отсеками. [12] По мере расширения крылатого имагинального диска задние, но не передние клетки будут экспрессировать закреплённые и поддерживать это состояние экспрессии, пока они расширяются и формируют диск. [17] Закрепленные мутантные клоны заднего происхождения приобретут переднее сродство и будут двигаться к переднему отсеку и смешиваться с этими клетками. Внутри заднего отсека эти клоны сортируются и образуют эктопическую границу, где они встречаются с другими задними клетками. [12] [16] [18] Сходным образом, клон передних клеток, экспрессирующих engrailed, приобретет заднюю идентичность и создаст эктопическую границу, где клон встречается с другими передними клетками в этом компартменте. [16] Кроме того, помимо своей клеточной автономной роли в определении идентичности заднего отсека, engrailed также выполняет неклеточную автономную функцию в общем росте и формировании паттерна крылавого диска посредством активации сигнальных путей, таких как Hedgehog (Hh) и Декапентаплегический (Dpp). ). [18] [19] [20] Наличие закрепившихся в задних клетках приводит к секреции короткодействующего индуктора Hh. [8] который может переходить в передний отдел, чтобы активировать морфоген дальнего действия, Dpp. [15] [16] Клетки заднего отдела продуцируют Hh, но только передние клетки могут передавать сигнал. [6] Оптомоторная слепота (omb) участвует в транскрипционном ответе Dpp, который необходим только в передних клетках для интерпретации передачи сигналов Hh для формирования и поддержания границ. [21] Кроме того, Cubitus прерывание (Ci) , преобразователь сигнала Hh, экспрессируется по всему переднему отсеку, особенно в передних пограничных клетках. [18] В задних клетках engrailed предотвращает экспрессию Ci , поэтому он экспрессируется только в передних клетках и, следовательно, только эти клетки могут реагировать на передачу сигналов Hh путем активации экспрессии dpp . [15] [22] Утрата закрепленной функции в задних клетках приводит к передней трансформации, при которой экспрессия Hh снижается, а dpp , ci и patched (ptc) увеличивается, что приводит к образованию новой границы A/P, что позволяет предположить, что en положительно регулирует hh , тогда как отрицательно регулируя ci , ptc и dpp . [18] [19]
Разделение клеток
[ редактировать ]Чтобы объяснить, как передние и задние клетки остаются разделенными, гипотеза дифференциальной адгезии предполагает, что эти две популяции клеток экспрессируют разные молекулы адгезии , создавая различное сродство друг к другу, что минимизирует их контакт. [6] [8] Модель селекторного сродства предполагает, что разница в сродстве клеток между компартментами является результатом дифференциальной экспрессии генов-селекторов . [14] Присутствие или отсутствие селекторных генов в данном компартменте приводит к образованию специфичных для компартмента молекул адгезии или распознавания, которые отличаются от молекул в его аналоге. [13] Например, engrailed, экспрессируемый в задних, но не в передних клетках, обеспечивает дифференциальное сродство, которое сохраняет эти компартменты раздельными.Также возможно, что эта разница в клеточной адгезии/аффинности связана не напрямую с экспрессией en , а скорее со способностью принимать передачу сигналов Hh . [16] [18] Передние клетки, способные к трансдукции Hh, будут экспрессировать определенные адгезивные молекулы, которые будут отличаться от тех, которые присутствуют в задних клетках, создавая дифференциальное сродство, которое предотвратит их смешивание. [13] Эта модель сродства передачи сигналов подтверждается экспериментами, которые демонстрируют важность передачи сигналов Hh. Клоны, мутантные по Smoothened (smo) , гену, ответственному за передачу сигналов Hh, сохраняют передние черты, но перемещаются в задний отсек без каких-либо изменений в экспрессии engrailed или invected. [13] Это демонстрирует, что передача сигналов Hh, а не отсутствие en, является тем, что придает клеткам их компартментарную идентичность. [16] [18] Тем не менее, эта модель сигнального сродства неполна: мутантные клоны smo переднего происхождения, которые мигрируют в задний отсек, не полностью ассоциированы с этими клетками, а скорее образуют плавную границу с этими задними клетками. Если бы аффинность к передаче сигналов была единственным фактором, определяющим идентичность компартмента, то эти клоны, которые больше не получают передачу сигналов Hh, имели бы ту же аффинность, что и др. задние клетки в этом компартменте, и были бы способны смешиваться с ними. [13] Эти эксперименты показывают, что хотя передача сигналов Hh может оказывать влияние на адгезионные свойства, этот эффект ограничен пограничными клетками, а не обоими компартментами. [5] Также возможно, что оба отсека производят одни и те же молекулы клеточной адгезии , но разница в их количестве или активности может привести к сортировке между двумя отсеками. In vitro трансфицированные клетки с высоким уровнем данной молекулы адгезии будут отделяться от клеток, экспрессирующих более низкие уровни этой же молекулы. [23] Наконец, различия в натяжении клеточных связей также могут играть роль в установлении границы и разделении двух разных клеточных популяций. Экспериментальные данные показали, что миозин-II активируется как на дорсально-вентральной, так и на передне-задней границах имагинального крылавого диска. [24] [25] Граница D/V характеризуется наличием нитевидного актина , а мутации в тяжелой цепи миозина-II нарушают компартментализацию D/V. [25] Аналогичным образом, как F-актин, так и миозин-II увеличиваются вдоль границы A/P, что сопровождается снижением Bazooka , что также наблюдалось на границе D/V. Ингибитор -киназы Rho Y-27632 , основной мишенью которого является Миозин-II, значительно снижает напряжение клеточных связей , что позволяет предположить, что Миозин-II может быть основным эффектором этого процесса. В поддержку модели сигнального сродства создание искусственного интерфейса между клетками с активной и неактивной передачей сигналов Hh индуцирует соединительное поведение, которое выравнивает клеточные связи там, где встречаются эти противоположные типы клеток. [24] При этом вдоль границы А/П наблюдается увеличение механического напряжения в 2,5 раза по сравнению с остальной тканью. Моделирование с использованием вершинной модели демонстрирует, что этого увеличения натяжения клеточных связей достаточно для поддержания пролиферирующих популяций клеток в границах отдельных компартментов. [24] Параметры, используемые для измерения натяжения клеточных связей, основаны на межклеточной адгезии и входном напряжении коры. [6] Также было высказано предположение, что образование границ не является результатом дифференциального механического напряжения между двумя популяциями клеток, а может быть результатом механических свойств самой границы. [26] Уровень молекулы адгезии, Е-кадгерина , не изменился, а биофизические свойства клеток между двумя отсеками были одинаковыми. Изменения свойств клеток, такие как увеличение площади апикального поперечного сечения, наблюдаются только в передних и задних пограничных клетках. [24] Вдоль границы ориентация клеточных делений была случайной, и нет никаких доказательств того, что повышенная клеточная гибель или зоны непролиферации клеток важны для поддержания границы A/P или D/V. [5]
Будущие направления
[ редактировать ]Несмотря на многочисленные попытки идентифицировать молекулы адгезии, важные для установления и поддержания границ компартментов, ни одна из них не была идентифицирована. [6] [22] Продолжение нашего понимания этого процесса будет полезно благодаря дальнейшим экспериментальным данным о клеточных связях и кортикальном напряжении, а также скринингу для идентификации молекул, регулирующих дифференциальное сродство клеток.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Ирвин К.Д., Рауколб С. (2001). «Границы в развитии: формирование и функции». Annu Rev Cell Dev Biol . 17 : 189–214. дои : 10.1146/annurev.cellbio.17.1.189 . ПМИД 11687488 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Гарсия-Беллидо А., Риполь П., Мората Г. (1973). «Развитие крылатого диска дрозофилы» (PDF) . Нат Нью Биол . 245 (147): 251–3. дои : 10.1038/newbio245251a0 . hdl : 10261/47426 . ПМИД 4518369 .
- ^ Ламсден А. (1990). «Клеточная основа сегментации развивающегося заднего мозга». Тенденции нейробиологии . 13 (8): 329–35. дои : 10.1016/0166-2236(90)90144-Y . ПМИД 1699318 . S2CID 3997227 .
- ^ Фрейзер С., Кейнс Р., Ламсден А. (1990). «Сегментация заднего мозга куриного эмбриона определяется ограничениями клеточного происхождения». Природа . 344 (6265): 431–5. Бибкод : 1990Natur.344..431F . дои : 10.1038/344431a0 . ПМИД 2320110 . S2CID 4355552 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Даманн С., Баслер К. (1999). «Границы отсеков: на грани развития». Тенденции Жене . 15 (8): 320–6. дои : 10.1016/S0168-9525(99)01774-6 . ПМИД 10431194 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Винсент Дж. П., Айронс Д. (2009). «Биология развития: напряжение на границе» . Курр Биол . 19 (22): 1028–30. дои : 10.1016/j.cub.2009.10.030 . ПМИД 19948137 .
- ^ Перейти обратно: а б с Блэр СС. (1995). «Развитие отсеков и придатков у дрозофилы». Биоэссе . 17 (4): 299–309. дои : 10.1002/bies.950170406 . ПМИД 7741723 . S2CID 25693875 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Лоуренс П.А., Струл Г. (1996). «Морфогены, отсеки и узор: уроки дрозофилы?» . Клетка . 85 (7): 951–61. дои : 10.1016/S0092-8674(00)81297-0 . ПМИД 8674123 .
- ^ Перейти обратно: а б Мейнхардт Х. (1983). «Граничная модель формирования узоров в конечностях позвоночных». J Эмбриол Exp Морфол . 76 : 115–37. ПМИД 6631316 .
- ^ Мейнхардт Х. (1983). «Границы детерминации клеток как организующие области для вторичных эмбриональных полей». Дев Биол . 96 (2): 375–85. дои : 10.1016/0012-1606(83)90175-6 . ПМИД 6832478 .
- ^ Симпсон П., Мората Г. (1981). «Дифференциальная скорость митоза и закономерности роста в отсеках крыла дрозофилы». Дев Биол . 85 (2): 299–308. дои : 10.1016/0012-1606(81)90261-X . ПМИД 7262460 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Мората Дж. , Лоуренс П.А. (1975). «Контроль развития компартмента с помощью встроенного гена у дрозофилы». Природа . 255 (5510): 614–7. Бибкод : 1975Natur.255..614M . дои : 10.1038/255614a0 . ПМИД 1134551 . S2CID 4299506 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Блэр СС, Ралстон А (1997). «Сглаженная, опосредованная передача сигналов Hedgehog необходима для поддержания ограничения передне-задней линии в развивающемся крыле дрозофилы». Разработка . 124 (20): 4053–63. дои : 10.1242/dev.124.20.4053 . ПМИД 9374402 .
- ^ Перейти обратно: а б с Гарсия-Беллидо А. (1975). «Генетический контроль развития крылатых дисков у дрозофилы». Ciba обнаружила симптом . Симпозиумы Фонда Новартис (29): 161–82. дои : 10.1002/9780470720110.ch8 . hdl : 10261/47429 . ISBN 9780470720110 . ПМИД 1039909 .
- ^ Перейти обратно: а б с Баслер К., Струль Г. (1994). «Границы отсеков и контроль рисунка конечностей дрозофилы с помощью белка ежа». Природа . 368 (6468): 208–14. Бибкод : 1994Natur.368..208B . дои : 10.1038/368208a0 . ПМИД 8145818 . S2CID 4354288 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Зекка М., Баслер К., Струл Г. (1995). «Последовательная организующая деятельность привитых, ежей и декапентаплегиков в крыле дрозофилы» (PDF) . Разработка . 121 (8): 2265–78. дои : 10.1242/dev.121.8.2265 . ПМИД 7671794 . Архивировано из оригинала (PDF) 28 октября 2021 г. Проверено 25 августа 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б Винсент Дж. П. (1998). «Границы отсеков: где, почему и как?». Int J Dev Biol . 42 (3): 311–5. ПМИД 9654014 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Табата Т., Шварц С., Густавсон Э., Али З., Корнберг Т.Б. (1995). «Создание крыла дрозофилы de novo, роль вживления и гипотеза границы отсека». Разработка . 121 (10): 3359–69. дои : 10.1242/dev.121.10.3359 . ПМИД 7588069 .
- ^ Перейти обратно: а б Гильен И., Муллор Х.Л., Капдевила Х., Санчес-Эрреро Э., Мората Г. , Герреро (1995). «Функция гравировки и характеристика рисунка крыльев дрозофилы». Разработка . 121 (10): 3447–56. дои : 10.1242/dev.121.10.3447 . hdl : 10261/150365 . ПМИД 7588077 .
- ^ Табата Т., Корнберг Т.Б. (1994). «Hedgehog — это сигнальный белок, играющий ключевую роль в формировании паттерна имагинальных дисков дрозофилы». Клетка . 76 (1): 89–102. дои : 10.1016/0092-8674(94)90175-9 . ПМИД 8287482 . S2CID 2364822 .
- ^ Шен Дж., Даманн С. (2005). «Роль передачи сигналов Dpp в поддержании границы переднезаднего отсека дрозофилы» . Дев Биол . 279 (1): 31–43. дои : 10.1016/j.ydbio.2004.11.033 . ПМИД 15708556 .
- ^ Перейти обратно: а б Вег М., Баслер К. (2003). «Генетический скрининг мишеней ежей, участвующих в поддержании границы переднезаднего отсека дрозофилы» . Генетика . 163 (4): 1427–38. дои : 10.1093/генетика/163.4.1427 . ПМЦ 1462513 . ПМИД 12702686 .
- ^ Стейнберг М.С., Такеичи М. (1994). «Экспериментальная спецификация сортировки клеток, распространения тканей и специфического пространственного паттерна посредством количественных различий в экспрессии кадгерина» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 91 (1): 206–9. Бибкод : 1994PNAS...91..206S . дои : 10.1073/pnas.91.1.206 . ПМК 42915 . ПМИД 8278366 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Ландсберг К.П., Фархадифар Р., Ранфт Дж., Уметсу Д., Видманн Т.Дж., Биттиг Т., Саид А., Юлихер Ф., Даманн С. (2009). «Повышенное натяжение клеточных связей управляет сортировкой клеток на границе переднезаднего отсека дрозофилы» . Курр Биол . 19 (22): 1950–5. дои : 10.1016/j.cub.2009.10.021 . ПМИД 19879142 .
- ^ Перейти обратно: а б Майор Р.Дж., Ирвин К.Д. (2006). «Локализация и потребность в миозине II на границе дорсально-вентрального отсека крыла дрозофилы» . Дев Дин . 235 (11): 3051–8. дои : 10.1002/dvdy.20966 . ПМИД 17013876 .
- ^ Мартин А.С., Вишаус Э.Ф. (2010). «Напряженность разделяется». Nat Cell Biol . 12 (1): 5–7. дои : 10.1038/ncb0110-5 . ПМИД 20027198 . S2CID 19552256 .