果蠅軀體模式建立的機制-(2)課件

第十章果蠅軀體模式建立的分子基礎(chǔ)一、果蠅胚胎的極性卵、胚胎、幼蟲和成體均具有明確的前-后軸和背-腹軸。前-后軸：頭節(jié)、胸節(jié)、腹節(jié)，原頭和尾節(jié)背-腹軸：羊漿膜、背部外胚層、腹側(cè)外胚層、中胚層二、胚胎軀體軸線的建立由母體基因決定母體基因產(chǎn)物量或活性形成空間分布上的差異，在A－P和D－V軸線的不同區(qū)域激活不同的基因，使不同區(qū)域的基因活性譜不同而出現(xiàn)分化。1.A－P軸線由三類母體基因控制：突變鑒定

anteriorclass,posteriorclass,terminalclass.2.Bicoid基因提供A－P軸線形態(tài)素梯度Bicoid編碼一種轉(zhuǎn)錄因子。其突變體缺失頭胸結(jié)構(gòu)，原頭區(qū)由尾區(qū)取代。Nanos控制hunchbackmRNA翻譯的機制A－P軸線形成模式Hunchback：母體mRNA在卵中均勻分布，受精后前區(qū)高濃度的Bicoid蛋白激活合子hunchback基因的表達，從而幫助形成hunchback蛋白濃度梯度。

Caudal:母體mRNA在卵中均勻分布，受精后bicoid蛋白抑制其在前區(qū)的表達，因而Caudal蛋白形成類似于nanos的濃度梯度。4.卵膜表面受體的激活決定胚胎AP軸的兩個端點

torso突變體缺少原頭區(qū)和尾區(qū)，torso蛋白為酪氨酸激酶類受體。

未受精前，torso已均勻地分布在卵的質(zhì)膜上。但其配體torsolike定位在兩端的卵外膜(vitellinemembrane)上，不能與torso結(jié)合。

受精時，torsolike得以釋放，torsolike與torso結(jié)合,torso活化，啟動信號傳導(dǎo)。

Torsolike蛋白的存在量很低，受精后其擴散距離有限。其突變體類似torso突變體。5.卵膜中的母體蛋白決定胚胎D－V極性

Dorsal蛋白的V－D濃度梯度的形成三、受精后合子基因的表達

1.Dorsal激活腹部合子基因、抑制背部基因

Dorsal

預(yù)置中胚層twist和snail中胚層特異性基因

預(yù)置腹部外胚層rhomboid

Ventralizedembryos:snail和twist基因在所有細胞中都表達，而dpp、 tolloid、zerknullt在所有細胞中都不表達。

Dorsalizedembryos:

基因表達狀態(tài)與ventralizedembryos中相反。

2.背部命運決定于Decapentaplegic(dpp)

dpp編碼信號蛋白，給胚胎大量注射dppmRNA導(dǎo)致外胚層全部發(fā)育為羊漿膜，一定的高濃度dpp使腹部外胚層命運改變?yōu)楸巢客馀邔用\。Dpp濃度梯度形成機制如下圖：3.Gap基因的表達使胚胎沿AP軸線區(qū)域化

Gap基因是指那些在受精后最早沿AP軸線呈區(qū)域性表達的合子基因。

Gap基因的表達特性：

(1).都編碼轉(zhuǎn)錄因子；

(2).都在多核胚期開始表達；

(3).其產(chǎn)物的半衰期一般較短，僅數(shù)分鐘，因而它們的

擴散距離較短；

(4).其表達局限在一定的區(qū)域，其突變會導(dǎo)致胚胎在該

區(qū)域及附近區(qū)域的缺失。GAP基因突變體母體bicoid蛋白激活合子hunchback的表達，hunchback蛋白再為其它Gap基因的表達提供位置信息轉(zhuǎn)基因?qū)嶒炞C明hunchback合子基因的表達區(qū)域一定濃度的hunchback蛋白激活kuppel基因的表達，而高濃度的hunchback則對后者起抑制作用。四、Pair-rule基因的表達界定胚胎的類體節(jié)1.類體節(jié)(parasegment)由pair-rule基因活性界定

在原腸作用開始后，胚胎表面沿AP軸線出現(xiàn)一些過渡性的淺溝，將胚胎分為14個區(qū)域，這些區(qū)域即為類體節(jié)。

每個類體節(jié)受一套特定的基因的控制，做為獨立的發(fā)育單位，將逐漸獲得自身特有的特性。

原腸期后，胚胎沿AP軸線出現(xiàn)有規(guī)則的節(jié)段，即體節(jié)(segments)，每個體節(jié)有不同的特性及發(fā)育命運。

體節(jié)是在類體節(jié)的基礎(chǔ)上形成的，即一個體節(jié)是由前一個類體節(jié)的后半部和下一個類體節(jié)的前半部組成。類體節(jié)與體節(jié)的關(guān)系及其發(fā)育命運

類體節(jié)的邊界由pair-rule基因活性決定。它們的表達特點包括：

(1).每個基因只在半數(shù)類體節(jié)中表達，如even-skipped在奇數(shù)類體節(jié)(1、3、

5、7、9、11、13)中表達，而fushitarazu在偶數(shù)類體節(jié)中表達。表達橫

紋一般只有3個細胞寬。

(2).絕大多數(shù)編碼轉(zhuǎn)錄因子，表達開始于胚胎細胞化前夕。eveftzPair-rule基因的突變導(dǎo)致胚胎缺失相應(yīng)的區(qū)域2.Pair-rule基因的不同表達橫紋由不同的調(diào)控區(qū)控制Pair-rule基因的每個表達橫紋由一組Gap轉(zhuǎn)錄因子控制Pair-rule基因表達的間隔性重復(fù)，無法通過單一濃度梯度來控制，而是由多個轉(zhuǎn)錄因子來控制。例如，Even-skipped在第三類體節(jié)中的表達受bicoid和hunch-back的激活，而受giant和kuppel的抑制。五、體節(jié)極性基因(segmentpolaritygenes)與細胞譜系的建立

體節(jié)極性基因是指在pair-rule基因表達之后立即表達的基因，它們決定了體節(jié)的邊界和體節(jié)內(nèi)細胞的命運。這些基因的產(chǎn)物包括擴散分子、受體、轉(zhuǎn)錄因子等多種類型。

類體節(jié)之間或體節(jié)之間均沒有細胞的相互遷移。Engrailed是確定類體節(jié)和體節(jié)邊界的關(guān)鍵基因，它在每個類體節(jié)的前部表達，占居一行細胞，從而確定了類體節(jié)的前部邊界。體節(jié)出現(xiàn)后，它在每個體節(jié)的后部表達，將一個體節(jié)分成前后兩個區(qū)域，兩個區(qū)域內(nèi)的細胞不發(fā)生交換，各自有不同的發(fā)育命運。Engrailed的表達受高濃度fushitarazu和even-skipped的激活體節(jié)邊界的維持機制：pair-rule基因的表達時間較短，不足以維持體節(jié)極性基因的長期表達，后者必須依賴于另外的機制。

高濃度eve或ftz激活eng基因，不表達eve和ftz的區(qū)域表達wingless，其后Eng和Wingless間的互作使二者的表達都得以維持，從而使體節(jié)邊界得到鞏固。體節(jié)內(nèi)細胞命運的確定同一體節(jié)內(nèi)不同區(qū)域的表皮角質(zhì)結(jié)構(gòu)有所不同，這可能是由Hedgehog和Wingless的梯度分布控制，或者由它們作用于相鄰細胞、逐級傳遞誘導(dǎo)信號。六、不同體節(jié)的發(fā)育命運決定于homeoticselectorgenes

Homeoticselectorgenes是指在體節(jié)邊界建立之后，用來控制每個體節(jié)的特征結(jié)構(gòu)發(fā)育的基因，它們編碼homeodomain(含60aa)轉(zhuǎn)錄因子。

果蠅的絕大多數(shù)homeoticselectorgenes位于第三染色體上的兩個區(qū)域，即Antennapediacomplex和bithoraxcomplex。它們的表達區(qū)與其在染色體上的位置相關(guān)，控制其表達區(qū)的結(jié)構(gòu)的發(fā)育(seenextslide)。Ultrabithorax缺失后，第三胸節(jié)(T3)的平衡棒會象T2一樣長出一對翅膀Homeoticselectorgenes突變將改變其表達區(qū)的結(jié)構(gòu)如果使原來只在T1表達的Antennapedia也在頭部表達，則頭窩中長出的不是觸角而是腿。Homeoticselectorgenes的表達調(diào)控Homeoticselectorgenes的表達受Gap和Pair-rule基因的控制。如abdA和abdB受到Hunchback和Kuppel的抑制，使腹部基因不能在頭部和胸部表達。Ubx的激活需要一定濃度的Hunchback,Antp由Kuppel激活。AbdA7UbxAntpHomeoticselectorgenes

表達的長程調(diào)控PolycombProteins:

與染色質(zhì)上的homeotic

genes基因的調(diào)控區(qū)結(jié)合，