Kapittel 16 Utvikling: differensielt genuttrykk

Transkript

1 Kapittel 16 Utvikling: differensielt genuttrykk 1. Utvikling 2. Differensielt genuttrykks rolle i celledifferensiering 3. Polaritets rolle i cellebestemmelse 4. Embryonisk induksjon i cellebestemmelse 5. Mønsterdannelse i organutvikling 6. Differensielt genuttrykks rolle i etablering av kroppssegmenter

2 1. Utvikling -en multicellulær organisme utvikles gjennom en serie embryoniske stadier som til slutt ender i en "voksen" organisme. Utviklingsprosessen fortsetter inntil døden. -vekst er resultatet av en kombinasjon av celledeling og celleutvidelse -differensiering produserer spesialiserte celletyper -Morfogenesen - dannelse av en organismes totale form - er resultatet av mønsterdannelse -i mange organismer er skjebnen til de tidlige embryoniske celler ikke bestemt. Embryoniske celler kan på et tidlig stadium utvikles til forskjellige vev hvis de blir transplantert til andre deler av embryo -under utvikling av embryo blir dets celler bestemt, forpliktet til utvikling av spesielle deler av embryo og spesielle kroppsformer. Bestemmelse etterfølges av at celler differensieres til endelige, ofte spesialiserte fomer.

3 2. Differensielt genuttrykks rolle i celledifferensiering -zygoten er totipotent; den inneholder en organismes totale genetiske arvemasse og er i stand til å utvikle alle vev som karakteriserer en voksen. -forsøk har vist at differensiering ikke medfører permanente endringer i genomet. Kjernetransplantasjon og kloneforsøk viser at en differenisert cellekjerne beholder evnen til å fungere som en zygote kjerne og stimulere produksjon av en hel organisme -molekylære undersøkelser har vist at alle celler inneholder alle genene i en organsime, men at bare utvalgte gener er uttrykt i et gitt vev. -embryoniske celler er totipotente og kan kultiveres i laboratoriet. Under passende miljøstimulering kan disse cellene bli indusert til å danne celler som differensieres (spesialiseres).

4 3. Polaritets rolle i cellebestemmelse -ulik distribusjon av cytosoliske faktorer i egget, zygoten eller embryo fører til dannelse av cellebestemmelse i normal utvikling. Endring av denne fordelingen kan endre genuttrykk.

5 4. Embryonisk induksjon i cellebestemmelse -noen embryoniske dyrevev dirigerer utvikling av sine nabovev ved å skille ut inducere (påvirker?) -induksjon er ofte gjensidig: et vev påvirker et nabovev til å endre seg, og naboen påvirker igjen det første vev til å endre seg, ex. dannelse av synsvev -rundorm er et viktig eksempel på induksjon. Den voksne rundormen består av 959 celler som utvikles fra et befruktet egg ved et presist mønster av celledelinger og andre hendelser -induksjonen i rundorm er meget presis ved at individuelle celler produserer spesifikke effekter i bare to eller tre naboceller.

6 5. Mønsterdannelse i organutvikling -i planter og dyr er programmert celledød (apoptose) viktig i mønsterdannelse. Noen gener hvis proteinprodukter regulerer apoptose, er identifisert -Celledød: Apoptose eller necrose Necrose -spontan celledød -medfører inflammasjon Apoptose -programmert celledød -medfører IKKE inflammasjon -ofte et resultat av differensiering -kan også utløses ved stimulering av overflatereseptorer -involverer aktivering av proteaser, caspaser og mitokondriet -karakterisert ved fragmentering av kromosomalt DNA -planter har organidentitets gener som vekselvirker og dirigerer dannelse av spesialiserte vev i f.eks blomst. Mutasjoner i disse kan forårsake udifferensierte celler til å danne et annet organ. -både planter og dyr bruker posisjonell informasjon som en basis for mønsterdannelse. Morfogen-gradienter danner basis for denne informasjonen.

7 6. Differensielt genuttrykks rolle i etablering av kroppssegmenter -bananflua har vært et viktig modellsystem for studier av inndeling av kroppssegmenter. Noe av denne informasjonen er også overførbar til andre dyr. -de første gener av betydning for inndeling av kroppssegmenter koder for morfogener som danner gradienter i egget.morfogenene virker på segmenteringsgener og definerer forende (anterior) og bakende (posterior) organisering av embryo. -segmentering utvikles som et resultat av en transkripsjonelt kontrollert kaskade; produktet av ett gen frmmer eller undertrykker uttrykk av et annet -tre slag segmenteringsgener finnes: "gap" gener (avstandsgener) organiserer store områder langs kroppsaksen "pair rule" gener aksen inn i segmentpar "segment polarity" gener sørger for at hvert segment har en passende for/bakende-akse -Bicoid protein er en transkripsjonsfaktor, mens Nanos protein regulerer translasjon, sammenlagt regulerer de uttrykk av "gap" gener -"gap" gener koder for transkripsjonsfaktorer som regulerer uttrykk av "pair rule" gener. Produktene av pair rule gener er transkripsjonsfaktorer som regulerer "segmentpolaritets"-gener. -aktivering av segmenteringsgener fører igjen til aktivering av passende gener som definerer et segments funksjon -enkelte funksjonelle domener av sistnevnte klasse gener er funnet å regulerer lignede prosesser i fjernt beslektede organismer -flere regulatoriske mekanismer i fjernt beslektede organismer kan føres tilbake til en eneste evolusjonær forløper, f. eks homeoboksen (aminosyresekvens i transkripsjonsfaktorer)