WMZ: Z191701361450 WMR: R209318204033 |
| |||
Как контролируются размеры органа и в частности, как гомологичные органы приобретают разные размеры, известно не до конца. Путем изучения дух гомологичных летательных придатков у Drosophila melanogaster - крыльев и значительно меньших гальтер, которые необходимы для баланса во время полета - Crickmore and Mann открыли механизм, с помощью которого Hox 'selector' ген Ultrabithorax (Ubx) контролирует размер органа. Он действует, регулируя количество и распределение морфогена Decapentaplegic (Dpp).
Причиной исследования этих двух органов явилось то, что все различия в развитии крыльев и гальтер, включая и размер, контролируются геном Ubx - когда же Ubx удаляется из клеток гальтер, то вместо них формируются крылья. Авт. впервые подтвердили, что Ubx ограничивает размер гальтер клеточно-неавтономным способом, это указывает на участие обусловленных морфогенами путей.
Crickmore and Mann затем сфокусировали свое внимание на морфогене Dpp, который способствует росту и крыльев и гальтер. Dpp продуцируется клетками, которые формируют полоски вдоль середины крыльев и гальтер. По сравнению с крыльями толщина полоски клеток, которые экспрессируют dpp, в гальтерах значительно уже и экспрессия в них менее интенсивна. Авт. выявили также различия в паттерна градиента Dpp между крыльями и гальтерами.
Градиент Dpp может быть модифицирован с помощью паттерна варьирующей экспрессии гена, кодирующего рецептор Dpp, Thickveins (Tkv). Когда Dpp соединяется с Tkv, то он запускает клеточную пролиферацию, но он также приводит к тому, что Dpp отлавливается для деструкции. Авт. наблюдали, что экспрессия tkv вокруг источника Dpp была ниже в крыльях, что позволяет Dpp диффундировать дальше и формировать два пика Dpp-сигнальной активности на каждой из сторон полоски. Однако, экспрессия tkv была высокой во всех клетках гальтер, тем самым Dpp отлавливался вблизи источника. В самом деле, когда tkv избыточно экспрессировался в крыловых клетках, то градиент Dpp был уже и размер крыла редуцировался. Напротив, деплеция Tkv в клетках гальтер давала более широкий градиент и увеличение размера гальтер.
Итак, Dpp и Master of thickveins (Mtv) необходимы для репрессии экспрессии tkv в крыльях. Однако, авт. установили, что Dpp действует как репрессор экспрессии mtv в клетках гальтер, экспрессирующих Ubx. Следовательно, как только один из репрессоров оказывается активным, tkv дерепрессируется, это ограничивает подвижность Dpp. Авт. также отметили, что в гальтерах, но не крыльях, профиль передачи сигналов Dpp совпадает с таковым для Hedgehog (Hh). Учитывая перекрывание активностей и тот факт, что транскрипция dpp активируется с помощью передачи сигналов Hh и репрессируется с помощью передачи сигналов Dpp, они постулировали, что эти конфликтующие сигналы в одних и тех же клетках могут вносить вклад в снижение продукции Dpp, которое наблюдается в гальтерах по сравнению с крыльями. Это на самом деле так - Ubx редуцирует продукцию Dpp путем изменения там, где происходит передача сигналов Dpp.
На базе полученных данных авт. предположили наличие реальной возможности, что "изменение формы и интенсивности градиентов морфогена может быть генеральным механизмом, с помощью которого селекторные гены влияют на размеры тканей у развивающихся животных."
In this assay, we discuss the contribution of local coll interactions, as opposed to globnl cues, such as hormones and morphogeny to the determination of the sizo and shapo of organs. This internalistic notion is based on the integration of physiological experiments, clonal analysis and genetic mosaics of morphogenetic mutants. Physiological experiments such as regeneration, cell dissociation and re-aggregation, and feeder layers, reveal the existence of regional specificitics related to regional patterning, positional values and cell polarity. On tho other hand, clonal analysis shows homogeneous and exponential growth by mitosis associated with oriented cell divisions along two axes of growth. Preferential mitotic orientations are also regional characteristic. Finally, genetic mosaics of morphogenotic mutants help to undestand the genetic and eventually the molecular bases of morphogenesis, revealing the modes of cell behavior (such as positional accommodation, mitotic orientations, cell affinities and cell recognition) at work in the generation of the constant sizes and shapes of Drosophila imaginal structures. These classical and recent findings contribute to о more updated Entelechia model of morphogenesis. Causal explanations of many processes in biology have focused on either internalistic or externalistic approachos. Such is the case of heredity vs. environment; immune response, inducible enzymes and hormones vs. competent tissues and local vs. global control in morphogenesis. In general, tho main Question is where the instructive components of the resulting specificity reside, in an oxternaiistic interpretation, the instructive signals come from diffusible morphogens to which naive cells respond in a concentration depending manner. Tnis interpretation ("positional information". Wolpert. 1969; Kerszbergand Wcipert. 2007) has been applied to pattern formation in which cells respord to outside signals independently of their neighbors. According to this view, patterns are size-invariant. In contrast, accordng to an internalistic approach, local cell interactions coordinate neighboring cells to proliferate, and by extension, the whole population acquires finite dimensions. The internalistic interpretation which we present herein deals with problems related to the control of size and form. It represents a model of informational position, rather than 'positional information" in which it is the position of the cell which determines the behavior of its neighbors, this being the essence of the Entelechia model (Garcia-Bellido and Garcia-Bellido, 1998). In this essay, we will oxplore the 'black box' of the responding developmental system, and its internal structure, i.e. how differential gene activity, in quality and quantity, locally determines cell behavior and hence species-specific sizes and shapes.
|