Головна
Реферати » Реферати з біології » Cігнальние шляху клітин в онтогенезі тварин

Cігнальние шляху клітин в онтогенезі тварин

(фібробластів - FGF, тромбоцитів - PDGF , епідермального фактора росту - EGF) відіграє важливу роль в індукції диференціювання, проліферації, росту різних типів клітин. Фосфорилування каталізується ретровірусними протеїн або тирозинкіназ, часто асоційованими з С-кінцевими цитоплазматическими доменами рецепторів факторів росту (RTK). Активована RTK фосфорилирует інші учасники проведення сигналу, в тому числі і транскрипційні фактори STAT і ГТФази Ras, так звані G-білки (Шемарова, 2003).

Розглянемо морфогенетические властивості, генетичну структуру, хід передачі сигналу на конкретному прикладі Notch-передавального каскаду у дрозофіли.

Участь Notch в онтогенезі дрозофіли

Механізми передачі сигналу каскадом Notch в тваринному світі універсальні, йому притаманні всі характерні властивості сигнальних систем. Білок Notch, який служить рецептором для Notch-сигнального шляху, виділений як у безхребетних, так і хребетних: дрозофіли, нематоди, жаби, риб, гризунів, людини. Шлях Notch через латеральное інгібірованіе або індукцію бере участь фактично в усіх клітинних контактах у тварин і найбільш вивчений у Drosophila melanogaster. Подібно до інших передавальним каскадам, він визначає долю дифференцирующихся клітин в різний час і в різних зачатках розвивається (Artavanis-Tsakonas et al., 1995; Portin, 2002; Вайсман та ін., 2002). В ембріонах дрозофіли в ході морфогенезу центральної нервової системи (ЦНС) і сенсорних щетинок сигнальний каскад Notch служить для поділу нейрального і епідермального зачатків в нейродерміт, передаючи сигнали від презумптівного нервових клітин, що забороняють сусіднім клітинам диференціювання в нервову тканину. У Notch-мутантів з втратою функції гена змінюється структура і клітинний склад сенсорних щетинок, а також за рахунок зменшення числа епідермальних клітин збільшується число клітин-попередниць нервової тканини, що призводить до ембріональної летальності (Hartenstein et al., 1996; Корочкін, Михайлов, 2000 ).

Діяльність шляху Notch пов'язана з локальними взаємодіями між стереотипними клітинами в процесі формування очі. Зменшення активності Notch призводить до вибору диференціюють клітинами сітківки не властивого їм шляхи розвитку та формуванню неповноцінних фоторецепторів, зміни числа і розташування складових елементів очі і щетинок, загибелі клітин (Cagan, Ready, 1989; Baonza, Freeman, 2001). Показано участь сигнального шляху гена Notch у взаємодіях між сусідніми клітинами з дорзального і вентрального відділів Крилової імагінального диска на стадії проліферації, в формуванні краю крила і обмеженні числа клітин, що диференціюються в жилки крила. Мутації з повною втратою функції гена призводять до повної втрати тканини крила (Diaz-Benjumea, Cohen, 1993). Notch-шлях контролює у дрозофіли розвиток полярних клітин в оогенезе. Редукція функції гена у мутантів Notch викликає порушення, ймовірно, пов'язані з неправильною специфікацією фолікулярних клітин і зміною їх взаємодії з розвиваються ооцитом, зміною локалізації білків в ооциті. Це викликає морфологічні відхилення в гермаріуме і вітелларіуме і зниження швидкості кладки яєць (Ruohola et al., 1991; Xu et al., 1992). У дрозофіли шлях Notch контролює також розвиток сегментованих придатків, ніг і антен. Локальна експресія Notch необхідна для росту ніг і освіти в'язок між сегментами, визначення кордону компартментов ніг. Порушення міогенеза із збільшенням числа клітин-попередниць і кластерів миобластов у мутантів Notch свідчить про участь цього шляху в міогенезе (Rauskolb, 2001).

Гени Notch-сигнального шляху у дрозофіли

У локальних міжклітинних взаємодіях між незрілими клітинами Notch-шлях контролює відповідь на специфічні сигнали під час розвитку і визначає долю широкого спектра клітин в онтогенезі. На підставі даних про генетичні і молекулярних взаємодіях ряд генів у Drosophila melanogaster з визначеністю відносять до кодирующим елементам Notch-сигнального шляху: Delta (Dl, 3-66.2; 92А1-2), Serrate (Ser, 3-92.5; 97F1-F2), Notch (N, 1-3.0; 3C7), kuzbanian (kuz; 34C4-5) і Presenilin (PS; 77C1-7) - кодують, пов'язані з мембраною білки; Hairless (H, 3-69.5; 92E14-92E14), Supressor of Hairless (Su (H), 2-50.5; 35B10) і Enhancer of split (E (spl), 3-89.1; 96F11-14) - контролюючі ядерні білки (Lindsley, Zimm, 1992).

Отримано чимало даних про плейотропний дії, схожості фенотипов або взаємний вплив мутацій генів сигнального шляху і нормальних і мутантних алелів Notch. Так, ген Delta грає важливу роль в процесі розвитку дрозофіли. У гетерозигот Drosophila melanogaster по мутації Dl виникають дефекти крила, порушується порядок розташування фасеток ока, формуються додаткові щетинки на голові, Торакс і черевці. Гомозиготні по Dl ембріони гинуть в результаті гіперплазії нервової системи, а в гомозиготних клонах Крилової диска порушується диференціювання клітин. Експресія Dl залежить від дози нормального аллеля Notch. Одне тільки збільшення дози Notch у нормальних мух призводить до виникнення Dl-фенотипу. В свою чергу редукція активності Dl у температурочувствітельной мутантів на пізній другий і ранньої третьої личинкової стадіях дає фенотип крил, подібний фенотипом гетерозигот по нуль-аллелям N. Відомі й інші приклади генетичних взаємодій між Notch і Delta (Doherty et al., 1996; Lawrence et al., 2000; Губенко, 2001).

Плейотропна прояв характерно для мутацій іншого гена Notch-каскаду, Serrate. В гомозиготномустані мутанти Ser зазвичай гинуть на личинкової стадії через серйозні морфологічних дефектів ЦНС, що не розвинутих дихальців, різко зменшеного в розмірі Крилової примордіїв. У рідко виживають дорослих гомозиготних мух видні рудиментарні крила і повністю редуковані гальтери, зменшені і грубі за рахунок зниження числа і порядку розташування омматідієв очі. Виникнення Ser-гомозиготних клонів в імагінальний Крилова диску супроводжується появою протяжних вирізок в різних районах крила у дорослих мух (Speicher et al., 1994). Serrate і Notch впливають на фенотипічніпрояв один одного. Наприклад, одна доза домінантною мутації SerD викликає у дорослих мух вирізки крил, що нагадують фенотип notchoid (nd), рецесивного алеля локусу Notch. У самців генотипу nd / Y; SerD / + мутантний фенотип посилюється, зникають передній і задній краї крила і тканина дистальної частини пластини крила. Додаткова копія аллеля дикого типу Notch нормалізує фенотип у мух SerD (Fleming et al., 1990).

Ще один учасник Notch-пути з плейотропних дією, локус Hairless, задіяний у розвитку центральної і периферичної нервової системи, крил і очей. Зменшення функції Hairless викликає формування дефектних макрохет або повну їх редукцію, вкорочення жилок крила, відсутність щетинок на крилах і між омматідія очей. Підвищена експресія Hairless у трансгенних мух викликає утворення додаткових щетинок. Відзначено фенотипическое схожість між Hairless-мутаціями з втратою функції і Notch-мутаціями з підвищеною функцією (Lyman et al., 1995). Supressor of Hairless отримав свою назву на підставі генетичного взаємодії з Hairless. Фенотип, контрольований H-алелями, домінантно пригнічується алелями з втратою функції і посилюється дуплікації або алелями з підвищеною функцією локусу Su (H). Мутації Su (H) з підвищеною функцією викликають порушення очей, характерні для faсet (fa), рецесивного алеля локусу Notch, і поява вирізок на крилах, як у гетерозигот Nts1 / fag2 при температурі розвитку 23 ° С. Такі Su (H)-аллелі модифікують фенотип nd і Ax, збільшуючи вирізки і укорочуючи жилки на крилах. Делеция Su (H) пригнічує утворення потовщень жилок крила у самок, мутантних по Delta, і гемізіготних по deltex самців. Посилена функція Su (H) викликає сильну редукцію крила у самців deltex (Fortiny, Artavanis-Tsakonas, 1994).

Мутації в кластері генів комплексу Enhancer of split (E (spl)), подібно Notch, викликають гіперплазію ЦНС і зачіпають розвиток периферичної нервової системи, крил. В області мутантних клонів, дефіцитних по 7 генам комплексу, на Торакс щетинки і волоски утворюються з більшою щільністю і часто зі зміненою морфологією, а на крилах спостерігається потовщення жилок (Heitzler et al., 1996). Ген m8 з цього комплексу отримав найменування E (spl) на підставі його взаємодії з мутацією split (spl), розташованої в локусі Notch. У самців, гемізіготних по spl, в присутності аллеля E (spl) D з підвищеною функцією сильно зменшується число фасеток ока і порушується порядок їх розташування. Мутації Dl пригнічують взаємодія між spl і E (spl) D, що супроводжується реверсією до фенотипу, характерному для spl. Виявлено взаємодію Delta і Notch з алелями E (spl), які обумовлені протяжними делециями, що приводять до зниження життєздатності мух (Shepard et al., 1989).

Можлива приналежність гена kuzbanian з плейотропних дією до компонентів Notch-сигнального шляху встановлено порівняно недавно. Мутації kuz можуть викликати личинковому-куколочную летальність, супроводжувану деффектамі і зменшенням в розмірі імагінальних дисків, особливо їх Крилової області. У дорослих мух kuz різко зменшуються крила і груди, зливаються тарзальной сегменти ніг, порушуються патерн і форма сенсорних органів, формуються великі грубі очі. Ген kuz взаємодіє з багатьма генами Notch-шляху. В гетерозиготі з мутацією kuz спостерігається посилення фенотипу мутацій N і Ser, пов'язаних з вирізками по краю крила. В мутантних дисках kuz не виявляється експресія гена E (spl) m8. Навпаки, суперекспрес E (spl) m8 нормалізує фенотип в генотипі з kuz. Залежний від температури HS-Nint-трансген, експресуючий молекулу білка без позаклітинного домену, в компаунді з мутацією kuz нормалізує фенотип (Rooke et al., 1996; Sotillos et al., 1997; Lieber et al., 2002). У мух, трансгенних по температурочувствітельной аллелю kuzDH, на крилах невеликі вирізки, поздовжні жилки потовщені, зменшені і грубі очі, додаткові щетинки на Торакс. Дуплікація за локусом Delta повністю пригнічує мутантний фенотип kuzDH.

Активно досліджуваний в останні роки ген Presenilin також зараховують до учасників Notch-шляху. Ембріони, гомозиготні по нуль-аллелю PS-, ідентичні ембріонам генотипу Notch-. У них порушується диференціювання нейроектодерми і сенсорних щетинок крила, і в пронейральних кластерах замість одного нейробластів утворюється їх група. Личинки гинуть через гіперплазії нервової системи і відсутності дорзальной і

Сторінки: 1 2 3 4 5 6