Стратегии по локализации специфических мРНК в определенных субклеточных доменах используются для ряда биологических случаев, включая выбор типа спаривания в материнской и дочерней клетке почкующихся дрожжей, раннее развитие, в частности оогенез и эмбриогенез, миграцию фибробластов и образование синапсов во время развития головного мозга, чтобы эффективно доставлять белки к местам из функции (Du et al. 2007; Becalska & Gavis 2009; Holt & Bullock 2009; Martin & Ephrussi 2009; Meignin & Davis 2010). Регуляция распределения внутриклеточных белков с помощью локализации мРНК считается благоприятным по нескольким причинам: (i) снижение транспортных издержек когда одиночная молекула мРНК может быть транслирована многократно, чтобы давать многочисленные белковые молекулы; (ii) трансляция и функционирование нежелательных белков в каком-либо др. месте, чем сайт мишень, ограничивается, т.к. трансляция часто блокируется во время процесса транспортации мРНК (Besse & Ephrussi 2008; Besse et al. 2009); и (iii) клетки способны к регуляции во времени трансляции с высоким разрешением, так, как осуществляется быстрая трансляция в сайте в ответ на индуктивные сигналы (Martin & Zukin 2006; Wang et al. 2010).

Локализация мРНК базируется на образовании функциональных ribonucleoprotein (RNP) комплексов, которые часто начинают формироваться в ядре, где специфические РНК-связывающие белки распознают мРНК, предназначенные для локализации. Будучи транспортированными в цитоплазму, образовавшиеся RNP комплексы ремоделируются за счет рекрутирования дополнительных белков (Kress et al. 2004). Эти белки, наз. факторами локализации, точно контролируют и координируют множественные ступени локализации мРНК, включая распознавание мРНК по их цис-действующим последовательностям для избирательной транспортировки, базирующемся на органеллах и/или моторах транспорте и закреплении вдоль цитоскелета и трансляции мРНК в кортексе (Du et al. 2007; Becalska & Gavis 2009; Holt & Bullock 2009; Martin & Ephrussi 2009; Meignin & Davis 2010).

Различные аспекты локализации мРНК рассмотрены в многочисленных обзорах (Zhou & King 2004; King et al. 2005; Kloc & Etkin 2005; St. Johnston 2005; Gavis et al. 2007; Lewis & Mowry 2007; Prodon et al. 2007; Holt & Bullock 2009; Kugler & Lasko 2009; Martin & Ephrussi 2009; Meignin & Davis 2010).

Недавно высокого разрешения флюоресцентная in situ гибридизация у ранних эмбрионов Drosophila выявила, что 71% проанализированных экспрессируемых генов кодирует субклеточно локализуемые мРНК (Lecuyer et al. 2007), указывая, что локализация мРНК довольно распространена, чем предполагалось ранее. Локализация мРНК в раннем развитии управляет локальным синтезом белка, это играет роль в различении локальной области от остальной части эмбриона и специфицирует эмбриональную ось тела и судьбы, включая судьбы зародышевых слоёв и клеток зародышевой линии (Zhou & King 2004; King et al. 2005; Kloc & Etkin 2005; St. Johnston 2005; Du et al. 2007; Gavis et al. 2007; Lewis & Mowry 2007; Prodon et al. 2007; Becalska & Gavis 2009; Holt & Bullock 2009; Kugler & Lasko 2009; Martin & Ephrussi 2009; Meignin & Davis 2010).

C момента первой визуализации локализованных мРНК в яйцах асцидии, Styela plicata (Jeffery et al. 1983), интенсивный анализ локализации мРНК был проведен, используя ооциты и яйца широкого круга животных, включая Drosophila (St. Johnston 2005; Becalska & Gavis 2009), Xenopus (King et al. 2005; Kloc & Etkin 2005), нескольких видов асцидий (Prodon et al. 2007; Sardet et al. 2007), и cindarian Clytia (Momose & Houliston 2007; Momose et al. 2008). Локализация мРНК в ооцитах и яйцах особенно важна для раннего развития, поскольку локальные белки, синтезируемые с материнских мРНК контролируют развитие вплоть до инициации зиготической транскрипции. Локальные белки выполняют разные роли по выполнению процессов раннего развития, таких как детерминация судеб и формирование оси в соотв. местах, приводя к разнообразию типов клеток с очень ранней стадии развития. Базирующийся на моторах транспорт может быть фундаментальным механизмом для локализации мРНК в относительно крупных клетках, таких как ооциты и яйца, т.к. он обеспечивает быстрое и на дальнее расстояние перемещение, хотя и др. консервативные механизмы также существуют. Напротив, относительно мало примеров локализации мРНК было идентифицировано у эмбрионов на стадии дробления и более поздних стадиях. Один такой пример связан с асимметричной сегрегацией мРНК во время клеточных делений, при которых специфические мРНК локализовались внутри материнской клетки, а наследовались только одной из дочерних клеток после деления материнской клетки (Broadus et al. 1998; Lambert & Nagy 2002; Hughes et al. 2004; Jedrusik et al. 2008; Takatori et al. 2010). Механизм локализации мРНК на этих поздних стадиях развития, сходен с процессами, наблюдаемыми в ооцитах и яйцах.

мРНК localization dynamics in oocytes and eggs

мРНК transport in Drosophila

Drosophila ооциты и яйца локализуют некоторые материнские мРНК в определенных кортикальных доменах, включая bicoid (bcd) на переднем полюсе, oskar (osk) и nanos (nos) на заднем и gurken (grk) мРНКs сначала на заднем, а затем на переднем, и наконец, в дорсо-передних регионах (Fig. 1A-C). Локализация bcd и grk мРНК важна для спецификации передне-задне и дорсо-вентральной осей телаЮ, соотв. (Frohnhofer & Nusslein-Volhard 1986; Berleth et al. 1988; Driever & Nusslein-Volhard 1988; Neuman-Silberberg & Schupbach 1993; Gonzalez-Reyes et al. 1995), тогда как osk действует как детерминант зародышевой линии (Lehmann & Nusslein-Volhard 1986; Ephrussi et al. 1991; Ephrussi & Lehmann 1992), а nos необходим для зародышевой линии и абдоминального развития (Lehmann & Nusslein-Volhard 1991; Gavis & Lehmann 1992; Wang & Lehmann 1992; Wang et al. 1994; Gavis et al. 2008). Этот паттерн локализации мРНК устанавливается во время оогенеза дрозофилы посредством разных механизмов, которые обеспечивают транспортацию этих мРНК из питающих клеток оварий в ооциты (Fig. 1A,B, left side of each panel) (Theurkauf et al. 1992; Theurkauf & Hazelrigg 1998; Cha et al. 2001; Clark et al. 2007; Mische et al. 2007), это продолжается вплоть д завершения средней стадии оогенеза, когда пртающие клетки начинают контактировать и сбрасывают свое содержимое в ооцит (Fig. 1C, thick dark blue and pink arrows), и следует транслокация мРНК в разные кортикальные домены ооцита во время соедней и поздней стадий оогенеза (Fig. 1B,C, right side of each panel). Локализация мРНК во время этих стадий значительно зависит от цитоскелета микротрубочек (Pokrywka & Stephenson 1991, 1995), который повторно реорганизуется несколько раз на разных стадиях оогунеза, внося вклад в различные пути или механизмы , которые участвуют в транспортации мРНК. Напр., реорганизация распределения микротрубочек запускается с помощью Grk-зависимой передачи сигналов между ооцитом и лежащими поверх фолликулярными клетками на заднем полюсе для инициации средней стадии оогенеза (Fig. 1A, B) (Theurkauf et al. 1992; Gonzalez-Reyes et al. 1995), и кортикальных микротрубочек, которые обеспечивают мощный цитоплазматический ток, приводящий к локализации nos мРНК в задней части, генерируемые во время поздней стадии оогенеза (Fig. 1C, curved green lines) (Gutzeit & Koppa 1982; Theurkauf 1994; Palacios & St. Johnston 2002; Forrest & Gavis 2003; Weil et al. 2008).

Четыре материнских мРНК, транскрибируются в питающих клетках оварий, и и д.быть транспортированы в ооцит. мРНК bcd и grk, как полагают, накапливаются в одних и тех же RNP комплексах и транспортируются с помощью dynein-обеспечиваемого транспортного пути в направлении кольцевых каналов, которые соединяют питающие клетки и ооцит (Fig. 1B, dark blue circles and green stars on left side) (Clark et al. 2007; Mische et al. 2007). На этом пути концентрируются массивы микротрубочек в кольцевых каналах, которые, по-видимому, проецируются в цитоплазму питающих клеток (Fig. 1B, two green lines on left side), и обеспечивают транспорт мРНК (Theurkauf et al. 1992). Однако как комплексы RNP встречаются с массивами микротрубочек внутри питающих клеток, неизвестно, хотя это может происходить путем случайных перемещений и процесса отлавливания (Theurkauf & Hazelrigg 1998; Clark et al. 2007; Mische et al. 2007). Как только RNP комплексы со специфическими мРНК достигают кольцевых каналов, они подвергаются ремоделированию, которое использует обмен факторами локализации и сортирует мРНК в соответствии с их местом предназначения для будущей транспортировки внутри ооцита (St. Johnston 2005; Mische et al. 2007; Becalska & Gavis 2009). Некоторые факторы локализации osk RNP, включая Tropomyosin II, Barentsz и Mago nashi, как полагают, замещают dynein моторы, которые обеспечивали транспортацию из питающих клеток в ооцит, на kinesin мотор в кольцевых канальцах (Newmark & Boswell 1994; Erdelyi et al. 1995; van Eeden et al. 2001). События, которые происходят в питающих клетках, важны для корректной локализации внутри ооцитов. Напр., экзогенно инъецированная bcd мРНК единственная собственно локализуется в передней области ооцита, когда инъецируется в питающие клетки, тогда как мРНК непосредственно инъецированная в ооцит не способна к такой локализации (Cha et al. 2001).

В противоположность давно известно модели, что микротрубочки поляризуются вдоль передне-задней оси, с минус концами, инициированными на переднем полюсе и плюс концами, проецирующимися в направлении заднего полюса, так что с kinesin-ассоциированная osk мРНК транспортируется к заднему полюсу, недавние исследования в живую показали, что микротрубочки в основном распределены случайно (Fig. 1B, numerous green lines on the right side). Было предположено, что osk мРНК транспортируется kinesin-зависимым способом по случайно ориентированным микротрубочкам с небольшой склонностью в направлении кзади во время оогенеза на средней стадии (Fig. 1B, red and light red circles on right side) (Zimyanin et al. 2008). Эта легкая склонность к поляризации рассматривается как достаточная для osk мРНК, чтобы достичь заднего региона, поскольку транспортация мРНК нуждается в относительно длительном периоде (6-10 h). Локализация osk мРНК в задней части кортекса нуждается в двух ступенях: в дальнодействующей, kinesin-зависимой транспортировке по всему ооциту в заднюю цитоплазму, как описано выше, и в коротко действующей myosin-зависимой транслокации или отлавливании на заднем кортексе (Krauss et al. 2009). Мнение, что микротрубочки в основном распределены случайно может согласоваться с приведенным выше экспериментальным результатом для bcd мРНК, когда экзогенно инъецированная bcd мРНК накапливалась в ооците в ближайшем кортексе dynein- и microtubule-зависимым способом (Cha et al. 2001; Mische et al. 2007). Важно, что неправильная локализация bcd мРНК происходит даже тогда. когда инъецируется в питающие клетки, которые лишены функционального происходящего из питающих клеток Exuperentia (Exu) белков (Cha et al. 2001). Следовательно, присутствие Exu позволяет bcd RNPs локализоваться и использовать субпопуляцию микротрубочек с минус концами, ориентированными в направлении переднего кортекса в среде в основном случайно расположенных микротрубочек. Избирательное использование субпопуляций микротрубочек недавно было подтверждено для локализации Vg1 мРНК в ооцитах Xenopus, где Vg1 RNPs могут использовать субпопуляцию микротрубочек, своими концами направленными к вегетативному кортексу (Fig. 1F, light blue stars and brown lines) (Messitt et al. 2008).

bcd мРНК продолжает накапливаться в переднем кортексе во время поздней стадии оогенеза Drosophila в dynein- и microtubule-зависимым способом (Fig. 1C, dark blue circles and thin dark blue arrows). Это позднее накопление объясняет большинство bcd мРНК, присутствующих в передней области эмбриона (Weil et al. 2006) и использует транспортные механизмы. отличные от тех, что используются в средней стадии оогенеза. Swallow и Staufen единственные, которые необходимы для позднего пути транспортации (St. Johnston et al. 1989; Weil et al. 2006, 2008). Swallow играет косвенную роль в локализации bcd мРНК путем организации цитоскелета, тогда как Staufen вносит вклад непосредственно в транспортацию (Weil et al. 2010). мРНК nos, cyclin B, germ cell-less и компонент молекулярных гранул также накапливаются во время поздней стадии оогенеза, но в отличие от bcd, эти мРНК локализуются в задней области (Dalby & Glover 1992; Jongens et al. 1992; Wang et al. 1994; Nakamura et al. 1996).

Интересно, что nos RNPs транспортируются посредством диффузии и отлавливаются на заднем кортексе посредством локализованной сзади зародышевой плазмы (Fig. 1C, pink stars and yellow circles) (Forrest & Gavis 2003). Однако локализация nos мРНК на заднем кортексе не целиком зависит от микротрубочек, т.к. параллельные ряды микротрубочек идут под кортексом ооцита (Fig. 1C, curved green lines), чтобы создавать цитоплазматический ток, обозначаемый ооплазматическим течением (Fig. 1C, light blue arrow), и облегчать вероятность встречи RNPs с зародышевой плазмой (Forrest & Gavis 2003; Weil et al. 2008). Недавно, osk мРНК, как было установлено, транспортируется к заднему кортексу не только во время средины оогенеза, как описывалось выше, но и также на поздней стадии оогенеза (Fig. 1C, red circles) (Sinsimer et al. 2011). Транспортация osk и nos мРНК во время позднего оогенеза нуждается в тех же самых факторах локализации Lost и Rumpelstiltskin (Sinsimer et al. 2011). Хотя только 4% nos мРНК локализуется на заднем полюсе (Bergsten & Gavis 1999), после оплодотворения, nos в др. местоположениях становится объектом деаденилирования и деградирует с помощью мультифункционального РНК связывающего белка Smaug, приводя к более чем в 100 раз обогащению nos мРНК на заднем полюсе (Zaessinger et al. 2006). Механизм защиты/деградации локализации, обеспечиваемый с помощью Smaug также используется для hsp83 мРНК в задней полярной плазме (Tadros et al. 2007).

мРНК anchoring in Drosophila

Недавнее развитие техники прижизненных изображений, особенно fluorescence recovery after photobleaching (FRAP), сделало возможным разделение фаз закрепления и транспортировки на пути локализации мРНК. При FRAP, мРНК рассматривается как стабильно закрепленная, если фотообесцвечивание нагруженной флюоресцентом мРНК в локальном сайте не приводит к восстановлению флюоресценции из соседних регионов. В противоположность основной роли цитоскелета из микротрубочек в транспортации мРНК, роль actin-зависимого закрепления мРНК в кортексе ооцита установлена в нескольких исследованиях (Becalska & Gavis 2009; Kugler & Lasko 2009). Закрепление мРНК ассоциирует с двумя основными функциями: стабильной локализацией и трансляцией мРНК. Хотя трансляция часто супрессируется во время транспортировки мРНК, после прибытия и закрепления мРНК к месту предназначения трансляция инициируется локально. В самом деле, закрепление необходимо для трансляции nos и osk мРНК (Gavis & Lehmann 1994; Markussen et al. 1995; Rongo et al. 1995).

Детерминант зародышевых клеток Osk необходим и достаточен для формирования зародышевых клеток (Lehmann & Nusslein-Volhard 1986; Ephrussi et al. 1991; Ephrussi & Lehmann 1992). osk мРНК альтернативно транслируется, чтобы продуцировать две изоформы белка , Short Osk и Long Osk, после её прибытия в задний кортекс (Markussen et al. 1995; Rongo et al. 1995). Short Osk рекрутирует многочисленные белки и мРНК, включая nos мРНК, которые необходимы для развития зародышевых клеток в зародышевую плазму, тогда как Long Osk функционирует, чтобы поддерживать osk мРНК в заднем кортексе, образуя таким образом петлю обратной связи (Breitwieser et al. 1996; Vanzo & Ephrussi 2002). Actin-зависимое закрепление, как было установлено, с помощью воздействия на ооциты химических соединений, деполимеризующих актин, это приводило к высвобождению osk мРНК из локального места мишени (Cha et al. 2002), и с помощью мутационного анализа кортикального actin-связывающего белка Moesin, который высвобождал osk и nos мРНК (Jankovics et al. 2002; Polesello et al. 2002). nos мРНК, как полагают, закреплена на кортикальном актиновом цитоскелете благодаря её ассоциации с зародышевой плазмой (Fig. 1C, pink stars, yellow circles, and purple bars) (Forrest & Gavis 2003). Недавние исследования подтвердили, что Long Osk способствует ремоделированию актина, связанному с эндоцитозом, для кортикального связывания зародышевой плазмы (Vanzo et al. 2007; Tanaka & Nakamura 2008; Tanaka et al. 2011).

bcd мРНК постоянно транспортируется в передний кортекс dynein- и microtubule-зависимым способом, как упоминалось выше, вплоть до завершения оогенеза, в этой точке транспорт bcd мРНК сдвигается к стабильному процессу, зависимому от кортикального актина закреплению (Fig. 1C, dark blue circles and purple bars) (Weil et al. 2008). Стабильное закрепление bcd мРНК , скорее всего, необходимо, т.к. зрелые ооциты могут быть дремлющими недели до оплодотворения. После активации яйца, однако bcd мРНК высвобождается от своих связей с передним кортексом в результате реорганизации актинового цитоскелета (Weil et al. 2008). Высвобождение мРНК от кортикальных связей после активации яйца также наблюдается у Xenopus, где Vg1 мРНК высвобождается из вегетативного кортекса (Yisraeli et al. 1990). Рассредоточение Vg1 мРНК перед инициацией клеточных делений может гарантировать, что этот важный для развития фактор наследуется рядом клеток вегетативного полюса для становления позднее формирования эмбрионального паттерна. Сходным образом, дисперсия bcd мРНК во время активации яйца может быть важной для формирования передне-заднего паттерна у эмбрионов Drosophila.

grk мРНК обнаруживает динамичное распределение во время средней стадии оогенеза: она локализуется в задней части на ранней стадии (Fig. 1A), постепенно перемещается кпереди и, наконец, накапливается вокруг ядра ооцита в дорсо-передней части кортекса (Neuman-Silberberg & Schupbach 1993). Транспортация grk мРНК осуществляется в два шага в направлении кпереди и в дорсо-передний регион, зависимые как от dynein, так и микротрубочек (Fig. 1B, green stars and arrows) (MacDougall et al. 2003). Из трех сайтов мишеней, grk мРНК стабильно закрепляется только в дорсо-переднем кортексе внутри крупных электронплотных цитоплазматических структур, известных как губчатые тела (Delanoue et al. 2007; Jaramillo et al. 2008). Интересно, что закрепление grk мРНК также является dynein-зависимым (Fig. 1B, orange rectangles) (Delanoue et al. 2007), указывая тем самым, что dynein выполняет две разные роли: моторную в транспортировке мРНК и как якорь для мРНК. Фактор локализации grk мРНК, Squid (Sqd), необходим для вступления grk мРНК в губчатые тела (Fig. 1B, light purple rectangles), поскольку grk мРНК остается ассоциированной с транспортными частицами и не обнаруживает дорсо-передней локализации у sqd мутантов (Delanoue et al. 2007).

мРНК transport and anchoring in Xenopus

Ооциты Xenopus подобно ооцитам Drosophila, обладают множественными транспортными путями с разными механизмами для локализации мРНК, которые оперируют на разных стадиях развития (Fig. 1D-F). Субнабор материнских мРНК распределяется по-разному или на анимальном или вегетативном полюсе ооцитов. В то время как механизм(ы) обогащения мРНК анимального полушария неизвестны, известны два самостоятельных пути для обеспечения транспорта мРНК на вегетативный кортекс (Forristall et al. 1995; Kloc & Etkin 1995): ранний путь MEssage TRansport Organizer (METRO) , который активируется на стадии I-II ооцитов (Fig. 1D,E) и поздний путь (Fig. 1F), который начинает функционировать после затухания пути METRO.

Путь METRO локализует несколько мРНК, включая nanos-related Xcat2 (Mosquera et al. 1993; Forristall et al. 1995; Kloc & Etkin 1995), Xdazl (Houston et al. 1998) и DEAD-South (MacArthur et al. 2000), многие из которых кодируют разные семейства РНК-связывающих белков, которые являются компонентами зародышевой плазмы в позднем развитии. мРНКs внутри зародышевой плазмы могут быть не транслированы многие месяцы (MacArthur et al. 1999; Houston & King 2000). Эти рано локализованные в зародышевой линии мРНК доставляются в регион зародышевой плазмы, формируемый METRO, внутри субклеточной структуры, наз. митохондриальным облачком (mitochondrial cloud (MC)) или тельцем Balbiani (Heasman et al. 1984; Kloc et al. 1996; Zhou & King 1996a), которое богато эндоплазматическим ретикулумом (ER), Гольджи и митохондриальными мембранами (Fig. 1D,E, green circles). MC/Balbiani тельце располагается асимметрично по отношению к будущей вегетативной стороне ядра (Fig. 1D). Первоначально асимметричное распределение предшественников митохондрий и органелл из MC/Balbiani тельца устанавливается посредством целенаправленного роста агрегата органелл, который содержит центросому, с помощью dynein-зависимого транспорта этих предшественников органелл в направлении центросомы (Heasman et al. 1984; Pepling et al. 1999; Kloc et al. 2002, 2004), тогда как другие агрегаты органелл, окружающие ядро остаются одного размера. мРНК зародышевой линии локализуются в MC/Balbiani тельце во время стадии I оогенеза (Fig. 1D, red stars) с помощью механизма диффузии и отлавливания (Kloc et al. 1996; Zhou & King 1996a,b; Chang et al. 2004), который законсервирован у Drosophila и Xenopus для локализации nos (Forrest & Gavis 2003) и Xcat2 мРНК, соотв. Гладкие ER-подобные мембраны внутри региона METRO в MC/Balbiani тельце ассоциированы с этими мРНК и , следовательно, могут служить местом для отлавливания (Chang et al. 2004). В ооцитах ст. II MC/Balbiani тельце, ассоциированное с локализованными мРНК, перемещается к вегетативному кортексу (Fig. 1E).

В противоположность раннему пути, поздний путь локализует детерминанты зародышевого слоя в вегетативном кортексе зависимым от микротрубочек способом (Yisraeli et al. 1990). Лучше всего охарактеризованы мРНКs, которые локализуются по всему этому пути, это T-box фактор VegT (Lustig et al. 1996; Stennard et al. 1996; Zhang & King 1996), и transforming growth factor-beta (TGF-β), фактор роста Vg1 (Weeks & Melton 1987), которые, как было установлено, выполняют роли в спецификации мезодермы и энтодермы во время раннего эмбриогенеза (Dale et al. 1993; Thomsen & Melton 1993; Horb & Thomsen 1997; Joseph & Melton 1998; Zhang et al. 1998). Эти две мРНК униформно распределены в цитоплазме и исключаются из MC/Balbiani тельца ооцитов на ст. I (Fig. 1D, light blue stars) (Melton 1987; Forristall et al. 1995; Kloc & Etkin 1995), в которых активен ранний путь. Будет ли использован ранний или поздний путь для локализации специфической мРНК внутри цитоплазмы может быть уже предопределено в ядре ооцита вследствие транскрипции (Kress et al. 2004), т.к. факторы локализации, такие как Vg1RBP/Vera (Deshler et al. 1997, 1998; Havin et al. 1998), VgRBP60/hnRNP I (Cote et al. 1999) и 40LoVe (Kroll et al. 2009), среди которых последний, родственный Drosophila Squid (Kroll et al. 2009), соединяется с Vg1 мРНК в ядре и исключается из MC/Balbiani тельца после экспорта Vg1 RNP комплекса из ядра. Важность ядерных событий для локализации мРНК продемонстрирована также у Drosophila, поскольку рекрутирование межэкзонного соединительного комплекса на сплайсируемую osk мРНК является важным для её локализации на заднем полюсе (Hachet & Ephrussi 2001, 2004; Kataoka et al. 2001; Le Hir et al. 2001a,b; Mohr et al. 2001; Tange et al. 2005). На ст. III, во время которой начинается поздний путь транспорта мРНКs, Vg1 мРНК ассоциирует с разными субдоменами ER в точке на полпути к вегетативному полюсу независимым от микротрубочек способом (Fig. 1E, light blue stars and arrows) (Deshler et al. 1997; Kloc & Etkin 1998). Использование ER сетей для отлавливания мРНК законсервировано в ранних и поздних путях. Сеть кортикального ER (cER) ассоциирована также с локализованными материнскими мРНК в яйцах асцидий (described below), в то же время grk мРНК Drosophila также ассоциирована с ER (Saunders & Cohen 1999). Обеспечивают ли ассоциацию ER с мРНК законсервированные факторы локализации, предстоит определить; однако доказательства подтверждают, что помимо соединения с 3'UTR в Vg1 мРНК, Vg1RBP/Vera также слабо связывается с ER (Deshler et al. 1997). В середине оогенеза (stages III-IV), поздний путь транспортирует наконец мРНК к вегетативному кортексу в процессе. который нуждается в функции kinesins I и II (Fig. 1F) (Betley et al. 2004; Yoon & Mowry 2004; Messitt et al. 2008).

Хотя поздний путь инициируется в ядре, некоторые факторы, как известно, рекрутируются на Vg1 RNPs в цитоплазме после их экспорта из ядра и участвуют в транспортировке и закреплении. Напр., XStau, ортолог у Xenopus дрозофилиного белка, связывающего РНК Staufen, который играет важную роль в локализации osk RNP (St. Johnston et al. 1991), взаимодействует с Vg1 мРНК и kinesin I, и необходим для собственно локализации Vg1 мРНК (Yoon & Mowry 2004). Др. фактор, Prrp, действует в качестве медиатора для базирующегося на актине закрепления Vg1 мРНК на кортикальном цитоскелете (Schluter et al. 1997; Zhao et al. 2001). Помимо двух функций закрепления, описанных выше, а именно локализации и трансляции стабильной мРНК, описано закрепление Vg1 мРНК на вегетативном кортексе, это может указывать на третью функцию: склонность транспортировки мРНК в определенное место на фоне случайно ориентированных микротрубочек (Fig. 1F, green and brown lines), при этом Vg1 мРНК, как полагают, транспортируется в двух направлениях между вегетативным кортексом и точкой на полпути к кортексу вегетативного полушария (Fig. 1F, light blue arrows), с закреплением мРНК на вегетативном кортексе, влияющим на целенаправленную локализацию в этом направлении (Messitt et al. 2008).

Несмотря на пространственные и временные различия и различные механизмы, используемые в ранних и поздних путях транспортировки, отмечается ряд параллелей, указывающих на общий клеточный аппарат, обеспечивающий локализацию мРНК в ходе оогенеза. Напр., немногие локализованные мРНК, классифицируемые как промежуточные, были идентифицированы (e.g., fatvg [Chan et al. 2007]), которые, по-видимому, обладают характеристиками, указывающими на использование как раннего, так и позднего пути. Кроме того, ряд мРНК зародышевой линии, включая Xcat2, Xpat и Xlsirts, способны к использованию позднего пути, когда инъецируется в ооцит ст. III/IV (Zhou & King 1996b; Hudson & Woodland 1998; Allen et al. 2003), указывая, что само-отключающийся механизм может оперировать, чтобы гарантировать, что мРНК зародышевой линии, даже если транскрибируются поздно, будут сегрегировать в вегетативный кортекс для соответствующего формирования зародышевой линии. Использование множественных механизмов локализации мРНК зародышевой линии наблюдается у Drosophila, где osk мРНК локализуется в задней части кортекса посредством зависимой от микротрубочек транспортировки во время средины оогенеза и ооплазматических течений на поздней стадии оогенеза (Glotzer et al. 1997; Sinsimer et al. 2011), as described above.

мРНК localization in other organisms

Использование локализации мРНК в ооцитах/яйцах в качестве стратегии для достижения асимметричного распределения белков не ограничено Drosophila и Xenopus, оно наблюдается у широкого круга организмов, включая ос Nasonia vitripennis (Fig. 2A-C), cnidarian Clytia hemisphaerica (Fig. 2D-G), рыбок данио (Fig. 2H-L) и некоторых видов асцидий (Fig. 2M-Q). Кроме того, сходные механизмы, с помощью которых мРНК локализуются в ооцитах/яйцах Drosophila и Xenopus используются и у др. организмов. Заслуживает внимание то, что мРНК для Vg1 и VegT ортологов у непосредственно развивающихся лягушек Eleutherodactylus coqui, в противоположность Xenopus, локализуются на анимальном полюсе ооцита (Beckham et al. 2003), указывая. что расширение исследований по локализации мРНК, включая и др. организмы. важно.

Изучение локализации мРНК lу ос Nasonia provides предоставляет интересную возможность исследовать механизм, с помощью которого формируется паттерн локализованных мРНКs эмбриона вдоль передне-задней оси, а также специфицируются клетки зародышевой линии в модели артропод с эмбриогенезом с длинным зародышевым типом, отличным от такового у Drosophila (Fonseca et al. 2009), где отсутствует ген bcd. В ооцитах Nasonia caudal (cad) и nanos (Nv-nos) мРНК локализвоаны в заднем полюсе и управляют формированием заднего паттерна (Olesnicky et al. 2006; Lynch & Desplan 2010), тогда как giant мРНК доставляется в передний полюс и воспроизводит часть функции bcd в отношении формирования переднего паттерна (Brent et al. 2007). Далее, orthodenticle1 (otd1) мРНК располагается как на переднем, так и на заднем полюсах и необходима для формирования переднего паттерна способом, напоминающим градиент Bcd, и для заднего развития (Lynch et al. 2006). otd1 мРНК сначала направляется кзади в средней стадии оогенеза (Fig. 2A, dark blue circles) а затем локализуется таже в переднем кортексе на поздней стадии (Fig. 2B, dark blue circles) (Lynch et al. 2006). Локализация этих 4-х материнских мРНК у Nasonia is осуществляется благодаря, по крайней мере, двум разным механизмам (Olesnicky & Desplan 2007). Передняя локализация otd1 и giant, а также задняя локализация cad мРНК нуждаются в микротрубочках (Lynch & Desplan 2010). Локализация giant и cad мРНКs временная и диффундируют на более поздних стадиях, формируя градиент: распределение градиента cad обнаруживается на поздней ст. оогенеза (Fig. 2B, green stars) , а градиент giant в только что отложенных эмбрионах (Fig. 2C, red circles) (Olesnicky et al. 2006; Brent et al. 2007). Кроме того, передняя локализация otd1 и giant мРНК отличаются тем, что giant локализуется перинуклеарным способом (Fig. 2A), а otd1 нет (Olesnicky & Desplan 2007). В противоположность спереди локализованным мРНК, задняя локализация Nv-nos и otd1 мРНК актин-зависима (Lynch & Desplan 2010). Локализация Nv-nos мРНК на заднем полюса происходит на ранней стадии оогенеза (mid-oogenesis) (Fig. 2A, pink stars) независимо от ооплазматических течений и эта ранняя локализация, по-видимому, не зависит от сборки зародышевой плазмы (Lynch & Desplan 2010). Этот способ локализации существенно отличается от того, что используется в ооцитах Drosophila (described above). Однако у только что отложенных яиц/эмбрионов Nv-nos , также как и otd1 мРНК накапливаются в оосоме, структуре, которая аналогична зародышевой плазме у Drosophila, в заднем регионе (Fig. 2C, dark blue circles, pink stars, and yellow circle) (Lynch et al. 2006; Lynch & Desplan 2010).

Благодаря своему филогенетическому положению исследования локализации мРНК у cnidarian Clytia также предоставляют уникальную возможность оценить степень, с которой механизмы поляризации яиц и эмбрионов посредством локализации мРНК консервируются у метазоа. У Clytia, две противодействующие Wnt рецепторные мРНК, Frizzled 1 (CheFz1) и 3 (CheFz3) (Momose & Houliston 2007), и Wnt лигандная мРНК, CheWnt3 (Momose et al. 2008), локализуются в разных регионах вдоль анимально-вегатативной (oral-aboral) оси в растущих и созревающих ооцитах. Все эти мРНК локализуются посредством цитоплазмы и большинство концентрируются вокруг GV на ранней ст. оогенеза (Fig. 2D, dark blue circles, and pink and yellow stars). CheFz1 мРНК, затем принимает градиентное распределение в цитоплазме анимального полушария с помощью механизма, который не использует закрепление, но может использовать предпочтительную стабилизацию вокруг расположенного анимально germinal vesicle (GV) (Fig. 2E, dark blue circles), тогда как CheFz3 и CheWnt3 мРНК распределяются по периферии ооцита (Fig. 2E, pink and yellow stars) (Amiel & Houliston 2009). Поляризованное цитоплазматическое распределение CheFz1 управляет приобретением ротовой судьбы (Momose & Houliston 2007). Во время мейотического созревания CheFz3 мРНК локализуется и закрепляется под вегетативным кортексом зависимым от микротрубочек способом (Fig. 2F, pink stars), хотя вряд ли используется зависимый от микротрубочек транспорт, но возможно используется деградация мРНК (Amiel & Houliston 2009), и напротив функция CheFz1 детерминирует aboral область (Momose & Houliston 2007; Amiel & Houliston 2009). В противоположность, CheWnt3 мРНК концентрируется в анимальном кортексе зависимым от микротрубочек способом (Fig. 2G, yellow stars), возможно посредством кортикального/цитоплазматического тока во время созревания и индуцирует ротовую судьбу (Momose et al. 2008; Amiel & Houliston 2009).

Во время раннего эмбриогенеза у рыбок данио, мРНК компонентов зародышевой плазмы, nanos 1 и dazl локализуется в MC/Balbiani тельце и транспортируется к вегетативному кортексу (Fig. 2H, pink and yellow stars, dark blue and green circles) (Kosaka et al. 2007). паттерн распределения этих мРНК на ст. I ооцитов напоминает таковой Xenopus раннего пути METRO. Фактически у рыбок данио vasa 3'UTR направляет GFP мРНК в зародышевую плазму ооцитов Xenopus, показывая тем самым, что эти животные обладают общим законсервированным аппаратом локализации (Knaut et al. 2002). Локализация этих трех мРНК в MC/Balbiani тельце устраняется у мутантов bucky ball (buc) рыбок данио (Marlow & Mullins 2008; Bontems et al. 2009). buc мРНК сама по себе располагается в MC/Balbiani тельце и рассматривается как детерминант зародышевых клеток, т.к. она необходима и достаточна для формирования зародышевых клеток (Bontems et al. 2009), подобно фактору osk у Drosophila. У мутантов buc локализация в анимальном полушарии некоторых мРНК, таких как pou2 и Vg1, также нарушено на поздних стадиях оогенеза (stages III and IV) (Marlow & Mullins 2008). Кроме того, путь локализации может оперировать во время оогенеза как bruno-like (brul) мРНК, локализуясь на вегетативном кортексе по времени позднее, чем локализация vasa/nanos1/dazl мРНК (Fig. 2I, light blue stars and arrows), одинаково с поздним путем у Xenopus (Suzuki et al. 2000).

Локализованные на вегетативном кортексе мРНК у рыбок данио, такие как buc, vasa и nanos 1, меняют свое распределение у ооцитов на стадии II (Fig. 2I, dark blue circles and arrows, and yellow stars and arrows) и в конечном итоге локализуются на анимальном полюсе у ооцитов поздних стадий или у только что отложенных яиц (Theusch et al. 2006; Kosaka et al. 2007; Bontems et al. 2009). После оплодотворения, vasa и nanos1 мРНК, которые распределены в широком круге, которые охватывает анимальный полюс яйца (Fig. 2K, dark blue circles and yellow stars) и, по-видимому, связаны с кортикальной актиновой сетью, движутся по направлению к периферии, покидая крупный регион, свободный от мРНК на анимальном полюсе, зависимым от микротрубочек способом (Fig. 2L, dark blue and yellow vertical arrows), и далее мигрируют латерально, чтобы накапливаться в образующихся бороздках дробления (Fig. 2L, dark blue and yellow horizontal arrows) (Theusch et al. 2006), где формируется зародышевая плазма. Напротив, др. локализованные на вегетативном кортексе мРНК, такие как dazl и brul, остаются на вегетативном кортексе вплоть до поздней стадии оогенеза (Fig. 2J, light blue and pink stars); однако после оплодотворения они транслоцируются вдоль плоскости кортекса в направлении анимального полюса и инкорпорируются в зародышевую плазму (Fig. 2L, pink stars and arrows) (Theusch et al. 2006). Благодаря использованию разных путей локализации после достижения вегетативного кортекса, эти два класса мРНК зародышевой линии (i.e., vasa and nanos 1 vs. dazl) оказываются расположенными в разных регионах внутри зародышевой плазмы (Theusch et al. 2006).

Дифференциальное распределение разных классов мРНК зародышевой линии внутри зародышевой плазмы наблюдалось также у др. организмов. У Xenopus, Xcat2, Xpat и DEAD-South мРНК ассоциированы с зародышевыми гранулами, тогда как мРНК, такие как Xlsirts и Xdazl располагаются в матриксе между зародышевыми гранулами (Kloc et al. 2002). Эти мРНК используют один и тот же ранний путь METRO для локализации на вегетативном кортексе (described above). Сходным образом некодирующие РНК Drosophila, включая митохондриальные крупные рибосомальные РНК, которые необходимы для формирования зародышевых клеток (Kobayashi et al. 1993), часто обнаруживаются в ассоциации с полярными гранулами (Kashikawa et al. 1999), тогда как др. РНК обнаруживаются в матриксе. В дополнение к активной цитоплазматической транспортировке мРНК, оперирует механизм защиты и деградации для vasa мРНК рыбок данио, чтобы гарантировать её специфичную для зародышевой линии экспрессию во время стадий дробления (Wolke et al. 2002).

Два класса локализованной материнской мРНК были идентифицированы у видов асцидий, непосредственно примыкающей к позвоночным сестринской группе. Типа I postplasmic/PEM РНК, такие как PEM1, macho1, PEM3 и POPK1, концентрируются на вегетативном кортексе оплодотворенных яиц с помощью микрофиламентами управляемых кортикальных контракций (Fig. 2P, light blue stars and arrows, and green stars and arrows), и затем они перемещаются в направлении будущего заднего полюса за счет sperm-aster микротрубочками управляемых транслокаций и зависимой от микрофиламент реляксации (Fig. 2Q, light blue stars and arrows, and green stars and arrows) (Roegiers et al. 1999; Sasakura et al. 2000; Yamada et al. 2005; Kumano & Nishida 2007; Prodon et al. 2007; Sardet et al. 2007; Paix et al. 2009). Второй класс, типа II postplasmic/PEM РНК, которые включают vasa и PET1, распределены случайно по всей цитоплазме (Fig. 2P, red circles), и прогрессивно локализуются на заднем полюсе во время эмбриогенеза (Fig. 2Q, red broken arrows) (Prodon et al. 2007; Sardet et al. 2007). Этот класс, однако может быть лучше отнести к типу I в том отношении, что у некоторых видов асцидий многочисленные postplasmic/PEM РНК, включая те, что прежде рассматривались как типа II, обнаруживают значительное накопление на вегетативном кортексе зигот (Fig. 2P, red broken arrows), а также униформное распределение по всей (Paix et al. 2009). Кортикальная структура, наз. centrosome attracting body (CAB) (Hibino et al. 1998), котороая состоит из трех разных частей: субмембранного polarity plot слоя (Patalano et al. 2006), cER-мРНК домена (Sardet et al. 2003) и vasa-позитивных гранул (Paix et al. 2009), формируется в ассоциации с типа I и типа II postplasmic/PEM РНК на заднем полюсе по мере развития и наследуется наиболее задним бластомером во время стадии дробления. Домен cER-мРНК и vasa-позитивные гранулы уже присутствуют, но диспергированы по ооциту (Paix et al. 2009), а после оплодотворения они дают компактные образования, чтобы сформировать эквивалент зародышевой плазмы асцидий внутри CAB (Iseto & Nishida 1999; Fujimura & Takamura 2000; Takamura et al. 2002; Shirae-Kurabayashi et al. 2006; Paix et al. 2009).

У ооцитов стадии I Ciona intestinalis PEM3 (Ci-PEM3) мРНК обнаруживается около GV (Fig. 2M, light blue stars) (Prodon et al. 2006, 2007). Однако, на развитой стадии III ооцитов, Ci-PEM3 и Ci-PEM1 мРНК оказываются распределены в виде кортикальных участков, которые которые распределены униформно по всей коре клетки (Fig. 2N, light blue and green stars) (Prodon et al. 2006), указывая. что Ci-PEM3 мРНК транспортируется из периферии GV в клеточный кортекс (Fig. 2N, light blue arrows) по мере роста ооцита. Хотя механизмы, лежащие в основе этой транспортировки, неизвестны, MC/Balbiani тельца обнаруживаются в ооцитах асцидий (Prodon et al. 2006). Перед germinal vesicle break down (GVBD), Ci-PEM1, Halocynthia roretzi PEM1 (Hr-PEM1), Phallusia mammillata PEM1 (Pm-PEM1) и Pm-macho1 мРНК распределены в виде участков, которые располагаются униформно на клеточной периферии полностью выросщих ооцитов (Prodon et al. 2008; Paix et al. 2011). Ci- и Hr-PEM1 мРНК закреплены на сети из грубого cER зависимым от микрофиламент способом (Prodon et al. 2005, 2008). После GVBD, эти мРНК исключается из анимального полюса с помощью направленных к вегетативному полюсу микрофиламентами управляемых поверхностных, кортикальных и цитоплазматических токов и обнаруживают градированное распределение вдоль анимально-вегетативной оси (Fig. 2O, light blue and green stars) (Prodon et al. 2008). После оплодотворения мРНК далее концентрируются вегетативно (Fig. 2P) и в дальнейшем транслоцируются в будущий задний полюс (Fig. 2Q), как описано выше, до тех пор, пока поддерживается их ассоциация с cER. Кстати, многие локализованные мРНК, которые ассоциированы с cER, были идентифицированы в дополнение к Ci- и Hr-PEM1, и включают Hr-macho1, Hr-POPK1, Hr-ZF1, Hr-Wnt5, Pm-PEM1 и Pm-macho1 (Sardet et al. 2003; Nakamura et al. 2005; Paix et al. 2009). Недавнее исследование показало, что локализованные мРНК транслируются на или вблизи cER (Paix et al. 2011). В противоположность type I postplasmic/PEM РНК, Hr-vasa мРНК (type II) располагается вокруг GV в полностью созревших ооцитах стадии III (Fig. 2N, red circles) и распределяется униформно по цитоплазме после GVBD (Fig. 2O, red arrows) (Prodon et al. 2009). Hr-vasa мРНК затем, как было установлено, накапливается на заднем полюсе после оплодотворения. Pm-vasa мРНК, в противоположность Hr-vasa мРНК, накапливается на вегетативном кортексе (Fig. 2O, red broken arrows) и также обладает униформным распределением по всей цитоплазме неоплодотворенных яиц (Paix et al. 2009). Интересно, что Pm-vasa, Pm-POPK1, и Pm-PEM3 мРНК локализуются в гранулах неоплодотворенных яиц (Fig. 2O, two adjacent red circles), это представляет иное распределение по сравнению с Pm-PEM1 и Pm-macho1 мРНК на сети cER (Paix et al. 2009), как было описано выше. Следовательно, мРНК зародышевой линии асцидий также, по-видимому, располагаются в разных субдоменах внутри зародышевой плазмы, заключение, которое подтверждается недавними находками, что PEM1 играет роль в репрессии транскрипции в зародышевой линии (Kumano et al. 2011; Shirae-Kurabayashi et al. 2011), а POPK1 регулирует формирование CAB и зародышевой плазмы (Nakamura et al. 2005).

мРНК localization dynamics in cleavage stage embryos

Локализованные материнские мРНК в ооцитах/яйцах наследуются с помощью определенных субнаборов бластомеров внутри эмбриона посредством процесса компартментализации, возникающего в результате митотических делений после оплодотворения, и специфицируют клеточные судьбы и эмбриональные оси, если транслируются в наследуемых регионах или клетках. Иногда такие асимметрично распределенные материнские мРНКs остаются закрепленными в своих сайтах мишенях и сегрегируют в специфические типы клеток во время клеточного дробления. Одним из таких примеров является матерински поставляемые мРНК зародышевой линии, которые наследуются только зародышевой линией и сохраняют свою ассоциацию с зародышевой плазмой и играют ключевую роль в формировании зародышевых клеток во время эмбриогенеза (Fig. 3A-D, green stars). Даже у животных иных, чем описаны выше, таких как Caenorhabditis elegans, специфические мРНК сохраняются в зародышевой линии (Fig. 3E-I, green stars) и локализуются в зародышевой плазме у делящихся эмбрионов (Seydoux & Fire 1994; Schisa et al. 2001). В противоположность этим материнским мРНК, др. популяции мРНК, не локализуются в ооцитах/яйцах, но обнаруживаются локализованными впервые на ст. дробления и поэтому не зависят от систем локализации, которые оперируют а ооцитах и яйцах для асимметричного распределения на более поздних стадиях развития. Эти мРНК располагаются поляризованным образом на одной стороне материнской клетки и наследуются одной из дочерних клеток посредством клеточных делений. Три примера таких мРНК: локализованные в центросомах мРНК у моллюсков, Ilyanassa obsolete (Fig. 3J-L); Not мРНК у асцидий, Halocynthia roretzi (Fig. 3M-P); и cdx2 мРНК у мышей (Fig. 3Q,R).

В раннем развитии улитки Ilyanassa, ряд мРНК обнаруживают специфическую локализацию на центросомах во время интерфазы у дробящихся эмбрионов (Fig. 3J, pink stars) (Lambert & Nagy 2002; Kingsley et al. 2007), тогда как клетки на ст. 4-х клеток, наз. макромерами, делятся синхронно и последовательно в направлении анимального полюса, чтобы дать ряд из 4-х маленьких клеток, наз. микромерами. Эти локализованные мРНК включают несколько генов, важных для формирования онтогенетического паттерна, контролирующих спецификацию клеточных судеб у эмбрионов Ilyanass, точно также и у др. организмов (Lambert & Nagy 2002; Kingsley et al. 2007; Rabinowitz et al. 2008; Swartz et al. 2008; Rabinowitz & Lambert 2010; Chan & Lambert 2011). Центросомно локализованные мРНК в дальнейшем перемещаются в клеточный кортекс во время профазы (Fig. 3K) и наследуются одной из дочерних клеток в ходе цитокинеза (Fig. 3L). Паттерн сегрегации мРНК зависит от вида мРНК, особенностей клеток и стадии развития, это в комбинации со всеми паттернами локализованных мРНК, приводит к разному распределению мРНК в разных квартетах микромеров. У Ilyanass, миграция мРНК, которые первоначально распределены диффузно по всей цитоплазме, к центросомам зависит от микротрубочек, тогда как кортикальная локализация во второй фазе внутриклеточного движения обеспечивается актиновыми филаментами и нуждается в предварительном накоплении в центросомах мРНК (Lambert & Nagy 2002). Локализация в центросомах может представлять собой аналогичную ситуацию, которая происходит в ооцитах позвоночных, где MC/Balbiani body, которые ассоциируют с центросомами, ответственны за локализацию мРНК (described above). Сходным образом в ооцитах двухстворчатого моллюска Spisula solidisima, некоторые мРНК также локализованы в центриолях (Alliegro et al. 2006; Alliegro & Alliegro 2008). В этой связи, механизм локализации мРНК, обнаруженный у Ilyanassa может быть распространён на метазоа (Lambert 2009). Сходный паттерн локализации мРНК недавно наблюдался во время стадии дробления тесно родственного вида моллюсков, Crepidula fornicate (Henry et al. 2010).

У дробящихся эмбрионов асцидии Halocynthia, асимметрично расположенная Not мРНК внутри мезэнтодермальных материнских клеток на ст. 16 клеток, ответственна за сегрегацию судеб зародышевого слоя в дочерние клетки мезодермы и энтодермы (Takatori et al. 2010). Not мРНК попадает в будущие мезодермальные клетки, где она способствует мезодермальной судьбе и супрессирует энтодермальную судьбу. Миграция ядра важна для этого процесса разделения. Т.к. транскрибирующие Not мРНК, ядра мезэнтодермы материнских клеток мигрируют в направлении будущих регионов формирования мезодермы (Fig. 3M, light blue circle and pink stars), где Not мРНК будет высвобождена из ядра в цитоплазму (Fig. 3N, pink stars). Ядра впоследствии возвращаются в центральные части клеток (Fig. 3O, light blue circle), приведя Not мРНК на мезодермальный полюс (Fig. 3O, pink stars), и формируя плоскости клеточных делений, которые отделяют Not мРНК-содержащую мезодерму от энтодермы (Fig. 3P). Миграция ядер выполняет также важную роль в локализации мРНК у Drosophila, где grk мРНК ассоциирует с ядром ооцита (Neuman-Silberberg & Schupbach 1993; Saunders & Cohen 1999), а неправильно локализованная, во время ядерной миграции в дорсо-пердений кортекс, разрушается (Lei & Warrior 2000). Хотя grk мРНК транскрибируется в ядре ооцита (Saunders & Cohen 1999), также как и в питающих клетках (Thio et al. 2000), происходящая из питающих клеток grk мРНК достаточна для собственно формирования дорсо-вентрального паттерна в ооцитах Drosophila (Caceres & Nilson 2005). В обоих классах Halocynthia и Drosophila, закрепление мРНК после транспортации является критическим для их корректной локализации. Передача сигналов Wnt5 может быть использована для закрепления Not мРНК на кортексе мезодермальной стороны (Fig. 3N) (Takatori et al. 2010). Следовательно, локализация мРНК с помощью ядерной миграции и последующего закрепления на кортексе может быть консервативным механизмом на многих стадиях развития и у разных типов эмбронов. Недавнее исследование эмбрионов Drosophila также описывает роль ядра в отложении мРНК-содержащей зародышевой плазмы на полюсе клеток предшественников зародышевой линии (Lerit & Gavis 2011). Также интересно, что Not мРНК, по-видимому, ко-локализуется с митохондриями (Takatori et al. 2010), которые, как известно, являются сайтами мишенями для локализации мРНК (King et al. 2005; Kloc & Etkin 2005).

Локализация мРНК, которая важна для раннего развития, наблюдается даже у эмбрионов мыши, хотя вовлечение, по-видимому, ограничено из-за её онтогенетических обязательств. При принятии первого решения о судьбе клеток в раннем эмбриогенезе, а именно, сегрегации плюрипотентной внутренней клеточной массы (ICM) и внеэмбриональной трофэктодермы, транскрипты для транскрипции фактора Cdx2 локализуются в апикальном домене из 8- и наружных 16-клеточных бластомеров (Fig. 3Q, pink stars), где они распределяются по внешним дочерним клеткам во врея клеточных делений (Fig. 3R) и, по-видимому, играют роль в спецификации трофэктодермы (Jedrusik et al. 2008).

Perspectives

Итак, несколько интригующих сходств и различий в динамике локализации и закреплении мРНК существует между разными стадиями развития и между видами. Однако более детальный анализ этой динамики необходим, особенно у организмов иных, чем Drosophila и Xenopus, чтобы выяснить механизмы локализации мРНК, которые являются фундаментальными для метазоа и которые удовлетворяют видо-специфическим нуждам. Использование техник визуализации для мониторинга событий локализации мРНК в реальном времени при высоком пространственном и временном разрешении, как полагают, облегчат наше понимание лежащих в основе механизмов, т.к. большинство паттернов локализации у менее изученных организмов наблюдалось на конечной стадии накопления мРНК с помощью in situ гибридизации. Модели локализации и закрепления мРНК были существенно пересмотрены и улучшены за счет техники прижизненных изображений у Drosophila (Becalska & Gavis 2009). Даже у хорошо изученных организмов, таких как Drosophila и Xenopus, разработка новых fluorophores и микроскопов может стать ключом к мониторингу всего пути локализации мРНК на почти физиологических уровнях. Такие разработки смогут также помочь ответить на несколько базовых вопросов, таких как время рекрутирования специфических мРНК или факторов локализации на RNPs и могут ли одни и теже факторы локализации использоваться для разных RNPs, с помощью мечения одновременно разных мРНК и белков.

Факторы идентификации локализации помогут лучше понять механизмы, с помощью которых локализуются мРНК. Хотя некоторые факторы локализации были идентифицированы у Drosophila и Xenopus, таких факторов практически не было найдено у др. организмов. Расширение списка известных факторов локализации важно для понимания не только механизмов регуляции локализации мРНК, но и также для понимания, как разные пути, оказываются разделены механистически и/или как локализация мРНК т трансляционная репрессия скоординированы. Кстати, Staufen единственный хорошо изученный фактор локализации, который законсервирован у разных видов. Параллельно с попытками идентифицировать больше факторов локализации, активно анализируются цис-действующие элементы внутри локализующихся молекул мРНК, это также может помочь прояснить, как факторы локализации регулируют процесс локализации. Однако такие анализы затруднительны т.к. цис-действующие элементы, участвующие в локализации мРНК не обладают существенным сходством первичных последовательностей и часто существенно отличаются по длине. Недавно достигнут прогресс, поскольку была предложена модель для полной связи между цис-действующими элементами и на минус-концы-нацеленными мРНК и микротрубочками, согласно которой дивергентные цис-действующие сигналы распознаются одним и тем же фактором , наз. Egalitarian (Dienstbier et al. 2009).

Finally, the developmental significance of мРНК localization as a strategy to target proteins to specific subcellular sites may be better understood by comparing what is known in the organisms who mainly use this strategy, such as the species described here, versus organisms such as C. elegans (Goldstein & Macara 2007), sea urchins (Weitzel et al. 2004; Leonard & Ettensohn 2007; Stamateris et al. 2010), and other animals such as the anthozoan cnidarian Nematostella vectensis, the annelid Platynereis dumerilii, and the hemichordate Saccoglossus kowalevskii (Wikramanayake et al. 2003; Lee et al. 2007; Schneider & Bowerman 2007; Darras et al. 2011), where protein localization appears to be the main strategy used to establish embryonic polarity.

Polarizing animal cells via мРНК localization in oogenesis and early developmentGaku Kumano Development, Growth & Differentiation Special Issue: RNA and Development Volume 54, Issue 1, pages 1–18, January 2012 | DOI: 10.1111/j.1440-169X.2011.01301.x

Polarizing animal cells via мРНК localization in oogenesis and early development
Gaku Kumano
Development, Growth & Differentiation Special Issue: RNA and Development Volume 54, Issue 1, pages 1–18, January 2012 | DOI: 10.1111/j.1440-169X.2011.01301.x