stringtranslate.com

Горбун (ген)

Hunchback — это материнский эффект и зиготический ген, экспрессируемый в эмбрионах плодовой мушки Drosophila melanogaster . В генах материнского эффекта РНК или белок из материнского гена откладывается в ооците или эмбрионе до того, как эмбрион сможет экспрессировать свои собственные зиготические гены.

Hunchback — это морфоген, то есть градиент концентрации Hunchback в определенном регионе определяет сегмент или часть тела, в которую он развивается. Это возможно, потому что Hunchback — это белок фактора транскрипции , который связывается с регуляторными областями генов, изменяя уровни экспрессии РНК.

Материнская (вверху) и зиготическая (внизу) модель горба (hb) и ее регуляция.

Горбунпуть экспрессии

Материнская РНК Hunchback проникает в эмбрион на стадии синцитиальной бластодермы, где весь эмбрион претерпел множество ядерных делений, но имеет одну общую цитоплазму, [1] что позволяет РНК свободно распространяться по всему эмбриону. Это позволяет генам материнского эффекта Hunchback , Bicoid , Nanos и Caudal регулировать зиготические гены для создания различных идентичностей для разных областей тела.

Первый шаг — установление передней и задней областей, которые позже дают начало соответствующим голове и животу. В синцитиальной бластодерме РНК Bicoid и Nanos связываются с белковыми веревками, участвующими в клеточном движении и внутриклеточном транспорте, называемыми микротрубочками, которые переправляют РНК в переднюю и заднюю области соответственно. [2] [3] [4] Hunchback не связывается с микротрубочками и поэтому равномерно диффундирует по всему эмбриону. [5] Однако Nanos подавляет трансляцию белка Hunchback . Поскольку Nanos переправляется на задний полюс, материнский Hunchback экспрессируется преимущественно на переднем полюсе. [6]  

Hunchback также выражен зиготически в самых дальних переднем и заднем полюсах синцитиальной бластодермы. Передняя зиготическая экспрессия Hunchback контролируется энхансерами, областями ДНК, которые увеличивают экспрессию генов при связывании факторов транскрипции. Один энхансер находится близко к Hunchback , [7] а недавно обнаруженный энхансер находится дальше. [8] Когда Bicoid связывается с этими энхансерами, экспрессия Hunchback увеличивается пропорционально концентрации Bicoid в переднем полюсе. [7] [8] [9] [10] Отдельная регуляторная область ниже энхансеров Hunchback управляет задней экспрессией зиготического Hunchback . [11] Здесь экспрессия Hunchback пропорциональна концентрации белков Tailless и Huckebein, доступных для связывания с регуляторной областью. [11]

ЭффектыГорбунвыражение

Как бифункциональный фактор транскрипции , Hunchback как активирует, так и подавляет свои целевые гены сегментации, [12] и, таким образом, регулирует переднюю и заднюю эмбриональную сегментацию у эмбриона Drosophila . [13] [14] Например, известно, что передняя экспрессия Hunchback устанавливает область, которая позже развивается в грудные и челюстно-ротовые сегменты, а задняя экспрессия Hunchback — для развития брюшных сегментов. [11] [13]

Морфогенетический градиент Hunchback регулирует экспрессию других генов gap, Krüppel и Knirps , при этом материнская экспрессия Hunchback определяет переднюю границу Knirps и заднюю границу Krüppel , в то время как зиготическая экспрессия Hunchback устанавливает переднюю границу Knirps . [15]

Hunchback также устанавливает паттерн экспрессии генов парного правила , [16] [17] таких как even-skipped , [12], которые экспрессируются позже в развитии, чтобы определить отдельные сегменты вдоль передне-задней оси. Гены парного правила затем кодируют факторы транскрипции, которые регулируют гены полярности сегмента: последняя, ​​наиболее определенная группа белков, которые координируют сегментацию. [18]

Клиническое значение

Ген Hunchback имеет известный человеческий ортолог , который произошел от общего предка, гена Pegasus ( Ikzf5 ) из группы цинковых пальцев семейства Ikaros . [19] [20] Гены семейства Ikaros кодируют факторы транскрипции, которые имеют значение при тромбоцитопении , дефиците свертываемости крови, [21] остром миелоидном лейкозе , раке крови и костного мозга, [22] и участвуют в развитии сетчатки и иммунной системы млекопитающих. [23] Гены семейства Ikaros также были вовлечены в качестве индикатора хронической реакции «трансплантат против хозяина» , состояния, при котором иммунные клетки атакуют пересаженную ткань. [24]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Фрескас, Дэвид; Мавракис, Манос; Лоренц, Хольгер; ДеЛотто, Роберт; Липпинкотт-Шварц, Дженнифер (2006-04-24). «Система секреторной мембраны в эмбрионе синцитиальной бластодермы дрозофилы существует как функционально разделенные единицы вокруг отдельных ядер». Журнал клеточной биологии . 173 (2): 219–230. doi :10.1083/jcb.200601156. ISSN  1540-8140. PMC 2063813.  PMID 16636144  .
  2. ^ Берлет, Т.; Бурри, М.; Тома, Г.; Бопп, Д.; Рихштейн, С.; Фриджерио, Г.; Нолл, М.; Нюслейн-Фольхард, К. (1988). «Роль локализации бикоидной РНК в организации переднего рисунка эмбриона дрозофилы». Журнал EMBO . 7 (6): 1749–1756. doi : 10.1002/j.1460-2075.1988.tb03004.x . ISSN  0261-4189. PMC 457163. PMID 2901954.  S2CID 19840074  . 
  3. ^ Ванг, Шарлотта; Леманн, Рут (1991). «Nanos — это локализованный задний детерминант у дрозофилы». Cell . 66 (4): 637–647. doi :10.1016/0092-8674(91)90110-k. ISSN  0092-8674. PMID  1908748. S2CID  37042131.
  4. ^ Gavis, Elizabeth R.; Lehmann, Ruth (1992). «Локализация наносРНК контролирует эмбриональную полярность». Cell . 71 (2): 301–313. doi :10.1016/0092-8674(92)90358-j. ISSN  0092-8674. PMID  1423595. S2CID  8144448.
  5. ^ Таутц, Дитхард; Леманн, Рут; Шнурх, Харальд; Шух, Рейнхард; Зайферт, Эвелин; Кинлин, Андреа; Джонс, Кейт; Джекл, Герберт (1987). «Finger protein of novel structure encoded by hunchback, a second member of the gap class of Drosophila segmentation genes». Nature . 327 (6121): 383–389. doi :10.1038/327383a0. ISSN  1476-4687. S2CID  4263443.
  6. ^ Айриш, Вивиан; Леманн, Рут; Акам, Майкл (1989). «Ген задней группы дрозофилы nanos функционирует, подавляя активность горбуна». Nature . 338 (6217): 646–648. Bibcode :1989Natur.338..646I. doi :10.1038/338646a0. ISSN  1476-4687. PMID  2704419. S2CID  4267223.
  7. ^ ab Драйвер, Вольфганг; Нюсляйн-Фольхард, Кристиана (1989). «Белок bicoid является положительным регулятором транскрипции hunchback в раннем эмбрионе Drosophila». Nature . 337 (6203): 138–143. Bibcode :1989Natur.337..138D. doi :10.1038/337138a0. ISSN  1476-4687. PMID  2911348. S2CID  29812.
  8. ^ ab Perry, Michael W.; Boettiger, Alistair N.; Levine, Michael (2011-08-16). «Множественные энхансеры обеспечивают точность паттернов экспрессии генов gap в эмбрионе Drosophila». Труды Национальной академии наук . 108 (33): 13570–13575. Bibcode : 2011PNAS..10813570P. doi : 10.1073/pnas.1109873108 . ISSN  0027-8424. PMC 3158186. PMID 21825127  . 
  9. ^ Струль, Гэри; Струль, Кевин; Макдональд, Пол М. (1989). «Градиентный морфоген bicoid является зависимым от концентрации транскрипционным активатором». Cell . 57 (7): 1259–1273. doi : 10.1016/0092-8674(89)90062-7 . ISSN  0092-8674. PMID  2567637. S2CID  35937518.
  10. ^ Перри, М.; Ботма, Дж.; Луу, Р.; Левин, М. (2012). «Точность экспрессии гена Hunchback в эмбрионе дрозофилы». Current Biology . 22 (23): 2247–2252. Bibcode : 2012CBio...22.2247P. doi : 10.1016/j.cub.2012.09.051. ISSN  0960-9822. PMC 4257490. PMID 23122844  . 
  11. ^ abc Margolis, Jonathan S.; Borowsky, Mark L.; SteingrÍmsson, EirÍkur; Shim, Chung Wha; Lengyel, Judith A.; Posakony, James W. (1995-09-01). "Экспрессия задней полосы hunchback управляется двумя промоторами общим элементом-энхансером". Development . 121 (9): 3067–3077. doi :10.1242/dev.121.9.3067. ISSN  0950-1991. PMID  7555732.
  12. ^ ab Vincent, Ben J.; Staller, Max V.; Lopez-Rivera, Francheska; Bragdon, Meghan DJ; Pym, Edward CG; Biette, Kelly M.; Wunderlich, Zeba; Harden, Timothy T.; Estrada, Javier; DePace, Angela H. (2018-09-07). "Hunchback контррепрессируется для регуляции экспрессии даже пропущенной полосы 2 у эмбрионов дрозофилы". PLOS Genetics . 14 (9): e1007644. doi : 10.1371/journal.pgen.1007644 . ISSN  1553-7404. PMC 6145585. PMID  30192762 . 
  13. ^ ab Lehmann, Ruth; Nüsslein-Volhard, Christiane (1987-02-01). "hunchback, ген, необходимый для сегментации передней и задней области эмбриона Drosophila". Developmental Biology . 119 (2): 402–417. doi :10.1016/0012-1606(87)90045-5. ISSN  0012-1606. PMID  3803711.
  14. ^ Шредер, К.; Таутц, Д.; Зайферт, Э.; Джекле, Х. (1988). «Дифференциальная регуляция двух транскриптов гена сегментации пробела Drosophila hunchback». Журнал EMBO . 7 (9): 2881–2887. doi :10.1002/j.1460-2075.1988.tb03145.x. PMC 457082. PMID  2846287 . 
  15. ^ Hülskamp, ​​Martin; Pfeifle, Christine; Tautz, Diethard (1990). «Морфогенетический градиент белка hunchback организует экспрессию генов gap Krüppel и knirps в раннем эмбрионе Drosophila». Nature . 346 (6284): 577–580. Bibcode :1990Natur.346..577H. doi :10.1038/346577a0. ISSN  1476-4687. PMID  2377231. S2CID  4304789.
  16. ^ Gaul, Urike; Jäckle, Herbert (1989). «Анализ комбинаций мутантов с материнским эффектом проливает свет на регуляцию и функцию перекрытия экспрессии генов hunchback и Krüppel в эмбрионе бластодермы Drosophila». Development . 107 (3): 651–662. doi :10.1242/dev.107.3.651. PMID  2612383 . Получено 04.12.2023 .
  17. ^ Small, S.; Kraut, R.; Hoey, T.; Warrior, R.; Levine, M. (1991-05-01). «Транскрипционная регуляция полосы парного правила у дрозофилы». Genes & Development . 5 (5): 827–839. doi : 10.1101/gad.5.5.827 . ISSN  0890-9369. PMID  2026328.
  18. ^ Кларк, Эрик (2017-09-27). «Динамическое формирование паттернов сетью парных правил дрозофилы согласовывает сегментацию длинных и коротких зародышей». PLOS Biology . 15 (9): e2002439. doi : 10.1371/journal.pbio.2002439 . ISSN  1545-7885. PMC 5633203. PMID 28953896  . 
  19. ^ Лардж, Эдвард Э.; Матис, Лора Д. (2010-03-01). «гены цинковых пальцев горбуна и Икароса контролируют развитие репродуктивной системы у Caenorhabditis elegans». Developmental Biology . 339 (1): 51–64. doi :10.1016/j.ydbio.2009.12.013. ISSN  0012-1606. PMC 3721651 . PMID  20026024. 
  20. ^ Джон, Лиза Б.; Йонг, Саймон; Уорд, Алистер К. (15.04.2009). «Эволюция семейства генов Икарос: значение для происхождения адаптивного иммунитета». Журнал иммунологии . 182 (8): 4792–4799. doi : 10.4049/jimmunol.0802372 . hdl : 10536/DRO/DU:30029773 . ISSN  0022-1767. PMID  19342657. S2CID  23682626.
  21. ^ Lentaigne, Claire; et al. (2019). «Мутации зародышевой линии в факторе транскрипции IKZF5 вызывают тромбоцитопению». Blood . 134 (23): 2070–2081. doi : 10.1182/blood.2019000782 . hdl : 10044/1/71571 . PMID  31217188. S2CID  195193084 . Получено 04.12.2023 .
  22. ^ Ван, Ян; Ченг, Вэньян; Чжан, Ивьин; Чжан, Юлян; Сунь, Тэнфэй; Чжу, Юнмей; Инь, Вэй; Чжан, Цзянань; Ли, Цзяньфэн; Шен, Ян (2023). «Идентификация генетических мутаций IKZF1 как новых молекулярных подтипов при остром миелолейкозе». Клиническая и трансляционная медицина . 13 (6): e1309. дои : 10.1002/ctm2.1309. ISSN  2001-1326. ПМЦ 10285267 . ПМИД  37345307. 
  23. ^ Тран, К; Миллер, М; Доу, К (2010). «Рекомбинирующий горбун идентифицирует два консервативных домена, необходимых для поддержания компетентности нейробластов и определения ранней нейронной идентичности». Развитие . 137 (9): 1421–1430. doi :10.1242/dev.048678 . PMC 2853844. PMID  20335359. Получено 04.12.2023 . 
  24. ^ Перейра, AD; де Молла, ВК; Фонсека, АРБМ; Тукундува, Л.; Новис, Ю.; Пирес, М.С.; Попи, А.Ф.; Арраис-Родригес, Калифорния (25 мая 2023 г.). «Экспрессия Ikaros связана с повышенным риском хронической реакции трансплантат против хозяина». Научные отчеты . 13 (1): 8458. Бибкод : 2023NatSR..13.8458P. дои : 10.1038/s41598-023-35609-3. ISSN  2045-2322. ПМЦ 10212984 . ПМИД  37231055.