Комбинационная интеграция ключевых транскрипционных активаторов очень важна для приобретения судеб клеток дорсальных мышц. Также важна, однако, транскрипционная репрессия экспрессии несоответствующих транскрипционных факторов у предшественников.
В дополнение к
eve-экспрессирующей DA1 мышце, клетки предшественники др. соматических мышц и перикардиальные клетки формируются внутри Dpp-Wg домена компетентности, включая
ladybird early (lbe), slou и Drop экспрессирующих предшественников. Напр., гомеобоксные гены,
lbe и ladybird late (lbl) являются генами качественных особенностей клеток мышечных предшественников, расположенные непосредственно впереди и в конечном итоге дорсальнее
eve клеток предшественников [32]. Следовательно, важно иметь дополнительные факторы, которые ограничивают экспрессию транскрипционных факторов. отвечающих за качественные особенности предшественников внутри этого домена компетентности. Некоторые исследования показали, что обоюдная репрессия между генами identity является интегральной частью ограничения их экспрессии дискретными регионами. Напр., Lbe предупреждает экспансию экспрессии
eve за счет связывания
eve энхансера и негативной регуляции его экспрессии (Рис. 2c) [33,34]. У мутантных
lbe эмбрионов, eve клетки предшественники распространяются в lbe домен [33], тога как избыточная экспрессия Lbe уменьшает количество eve клеток предшественников [32].Напротив, у мутантов
eve клетки предшественники, экспрессирующие
lbe, распространяются на область, где обычно располагаются клетки eve [33]. Сходная негативная регуляция экспрессии
lbe с помощью Slou и Drop оказывается существенной для собственно развития мышц, происходящих из
slou-экспрессирующих предшественников и
drop-экспрессирующих предшественников, соотв. [35,36]. Jagla et al. [37] показали. что Slou, Eve и Lbe действуют как взаимные репрессоры и что эти перекрестно репрессирующие взаимодействия существенны для собственно спецификации сердца и дорсальных соматических мышц. Взаимная репрессия предшественник-identity транскрипционных факторов в соседних клетках скорее всего является общим механизмом ограничения их экспрессии локальными, пространственно определенными областями.
Др. пример транскрипционной репрессии, которая существенна для правильного образования сердца, является репрессия гена висцеральных мышечных предшественников
bagpipe. Bagpipe, Nkx гомеодоменовый транскрипционный фактор, экспрессируется в дорсальной мезодерме под транскрипционным контролем Dpp и Tinman. Однако, его экспрессия ограничена группами клеток, которые не воспринимают сигналы пути Wg (Рис. 1a,b: красные клетки между зелеными клетками). Передача сигналов Wg активирует экспрессию транскрипционного фактора
sloppy paired (slp) в виде сегментных полосок мезодермы [38]. Slp, в свою очередь, репрессирует активацию экспрессии
bagpipe внутри Dpp-Wg-Tinman домена экспрессии. Это гарантирует, что этот ген висцеральных мышечных предшественников не будет экспрессироваться в кардиогенной области. Репрессия с помощью этих транскрипционных факторов, Lbe
eve энхансера и Slp
bagpipe энхансера, настолько сильная, что она явно перекрывает комбинированные активационные входящие импульсы Tinman, Dpp и Wg. Пока неясно, как эта негативная регуляция интегрируется внутри контекста этих энхансеров, чтобы достичь столь строгого уровня репрессии.
Conclusions and future directions
In this review, I have described recent advances in our
understanding of how the combination of common transcriptional
and signalling networks are modulated by the
integration of an additional factor, to produce diverse
muscle cell fates. For example, the integration of RTK
signalling in the case of eve progenitor cells. These
transcriptional pathways are often represented in a linear
fashion, as shown in Figure 2. Although this makes it
easier to see the interconnections between genes and
their regulatory factors, it is important to keep in mind
that this is a gross oversimplification. Other signals and as
yet unidentified transcription factors are likely to impinge
on the regulation of these genes, maybe even on the same
enhancer. The system is even more complex when the
transcriptional response to different levels of a given
transcription factor and the regulation of a transcription
factor’s activity by binding partners and post-translational
modifications are taken into account. In addition, these
regulatory networks are dynamically changing through
developmental time.
Only a handful of regulatory enhancers have to date been
characterised in detail. To decipher the regulatory code
used to generate diverse muscle patterning many more
enhancers need to be identified and characterised. With
the development of new genomic techniques, such as
ChIP on chip experiments and computational approaches,
it will be possible to identify enhancers that
are regulated by specific progenitor-identity transcription
factors, at a genome-wide scale. This promises to greatly
advance our understanding of how different combinations
of transcriptional inputs are deciphered by the cell to
produce diverse outcomes.
In addition to understanding how the expression of key
transcription factors are regulated, there is also a clear
need to identify the transcriptional targets of these progenitor-
identity transcription factors. Genetic studies
have shown that these transcription factors are essential
to regulate specific aspects of muscle development, but
the molecular mechanism by which they achieve this is
poorly understood. The majority of known transcriptional
targets are additional transcription factors. The future
challenge will be to combine genomic, genetic and computational
approaches to identify the downstream effector
molecules for each of these transcription factors.
These efforts have already begun: a combination of
genetics and expression studies were used to identify
target genes that are regulated by Twist [39] and by Ras
and Notch signalling [40]. In addition, a computational
approach was used to search the genome for putative
enhancers that are regulated by the same combination of
transcription factors that regulate the eve enhancer [34].
These successful approaches have shown that it is possible
to obtain a global view of the transcriptional codes
required for muscle development, but there is still an
enormous amount of work to be done to gain a comprehensive
understanding of the regulation of even a single
muscle’s development.
Heart development in Drosophila has become a very
fruitful model system for studying transcriptional regulatory
networks in the context of a developing multicellular
organism. Recent genetic lineage tracing studies
have identified the parental progenitor cell for the majority
of cells in the heart [4,41]. The relative simplicity of
the linear tube and our level of understanding of its
transcriptional regulation makes the heart well poised
to become a useful system for modelling cell-fate determination.
In the coming years, whole-genome approaches
are likely to provide a wealth of information on the
identification of transcription factor target genes. The
challenge for the future will be to order this information
into a transcriptional network, integrating approaches that
not only give information on the topology, but also the
kinetics of this transcriptional network. This will yield
predictive insights into key aspects of heart-cell specification
and function, which can be readily tested in a
genetically tractable system like Drosophila.
Сайт создан в системе
uCoz