Модель часов и волнового фронта - Clock and wavefront model
Модель часов и волнового фронта - это модель, используемая для описания процесса сомитогенеза у позвоночных . Сомитогенез - это процесс, при котором образуются сомиты , блоки мезодермы, которые дают начало множеству соединительных тканей.
Модель описывает отщепление сомитов от параксиальной мезодермы в результате колеблющейся экспрессии определенных белков и их градиентов.
Обзор
Как только клетки пре-сомитной мезодермы находятся на месте после миграции клеток во время гаструляции, в этих клетках начинается осцилляторная экспрессия многих генов, как если бы она регулировалась «часами» развития. Это привело многих к выводу, что сомитогенез координируется механизмом «часы и волна».
С технической точки зрения это означает, что сомитогенез происходит из-за в значительной степени автономных для клеток колебаний сети генов и генных продуктов, которые заставляют клетки колебаться между разрешающим и недопустимым состоянием в постоянно синхронизированном режиме, как часы. Эти гены включают членов семейства FGF , пути Wnt и Notch , а также мишени этих путей. Волновой фронт медленно прогрессирует в передне-заднем направлении. Когда волновой фронт передачи сигналов входит в контакт с клетками в пермиссивном состоянии, они претерпевают мезенхимно-эпителиальный переход и отщипывают более переднюю пре-сомитную мезодерму, образуя границу сомита и перезагружая процесс для следующего сомита.
В частности, циклическая активация пути Notch, по-видимому, имеет большое значение в модели волнового фронта и часов. Было высказано предположение, что активация Notch циклически активирует каскад генов, необходимых для отделения сомитов от основного параксиального тела. У разных видов это контролируется разными способами, например, с помощью простой петли отрицательной обратной связи у рыбок данио или в сложном процессе, в котором часы FGF и Wnt влияют на часы Notch, как у цыплят и мышей. В целом, однако, модель часов сегментации в значительной степени сохраняется с точки зрения эволюции.
Внутренняя экспрессия «часовых генов» должна колебаться с периодичностью, равной времени, необходимому для образования одного сомита, например 30 минут у рыбок данио , 90 минут у цыплят и 100 минут у змей.
Автономность колебаний
Колебания генов в пресомитных клетках в значительной степени, но не полностью, клеточно-автономны. Когда передача сигналов Notch нарушается у рыбок данио, соседние клетки больше не колеблются синхронно, указывая тем самым, что передача сигналов Notch важна для поддержания синхронности соседних популяций клеток. Кроме того, некоторая клеточная взаимозависимость была показана в исследованиях, касающихся белка Sonic hedgehog (Shh) в сомитогенезе. Хотя экспрессия белков пути Shh не колеблется в пре-сомитной мезодерме, они экспрессируются в пре-сомитной мезодерме во время сомитогенеза. Когда хорда удаляется во время сомитогенеза у куриного эмбриона, формируется надлежащее количество сомитов, но часы сегментации задерживаются для задних двух третей сомитов. Передние сомиты не поражены. В одном исследовании этот фенотип имитировали ингибиторы Shh, и своевременное образование сомитов было спасено экзогенным белком Shh, показывая, что недостающий сигнал, производимый хордой, опосредуется Shh.
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Cooke, J .; Зееман, Кристофер (1976). «Модель часов и волнового фронта для контроля количества повторяющихся структур во время морфогенеза животных». Журнал теоретической биологии . 58 (2): 455–476. DOI : 10.1016 / S0022-5193 (76) 80131-2 . PMID 940335 .