단순함의 힘 : 같은 성게 배아<em> 생체</em> 복잡한 세포 간 신호 전달 네트워크의 상호 작용 유학을위한 발달 모델
Summary
이 비디오 기사는 체계적이고 효율적으로 많은 무척추 동물 배아에서 복잡한 신호 전달 경로 및 규제 네트워크의 구성 요소를 특성화하는 데 사용할 수있는 생체 방법론에 직접적인을 자세히 설명합니다.
Abstract
Remarkably few cell-to-cell signal transduction pathways are necessary during embryonic development to generate the large variety of cell types and tissues in the adult body form. Yet, each year more components of individual signaling pathways are discovered, and studies indicate that depending on the context there is significant cross-talk among most of these pathways. This complexity makes studying cell-to-cell signaling in any in vivo developmental model system a difficult task. In addition, efficient functional analyses are required to characterize molecules associated with signaling pathways identified from the large data sets generated by next generation differential screens. Here, we illustrate a straightforward method to efficiently identify components of signal transduction pathways governing cell fate and axis specification in sea urchin embryos. The genomic and morphological simplicity of embryos similar to those of the sea urchin make them powerful in vivo developmental models for understanding complex signaling interactions. The methodology described here can be used as a template for identifying novel signal transduction molecules in individual pathways as well as the interactions among the molecules in the various pathways in many other organisms.
Introduction
유전자 조절 네트워크 (GRNs) 신호 전달 경로는 성인 동물 신체 계획을 작성하는 데 사용되는 배아 발달 동안 유전자의 시공간적 식을 설정. 세포 간 신호 전달 경로는 세포가 통신하는 수단을 제공하는 이러한 규제 네트워크의 필수적인 구성 요소이다. 이러한 세포의 상호 작용을 수립하고 배아 1, 2 중에 다양한 지역과 중 규제 및 분화 유전자의 발현을 수정. 세포 외 분비 조절제 (리간드 길항제) 수용체 공동 수용체 간의 상호 작용은 신호 전달 경로의 활동을 제어한다. 세포 내 분자의 구색은 세포의 변형 된 유전자 발현, 분할 및 / 또는 형상의 결과로 이러한 입력을 transduces. 주요 경로에있는 세포 및 세포 수준에서 사용되는 키 분자의 대부분은 있지만공지 그것은 개개 신호 경로의 복잡성으로 인해 많은 부분에서 불완전한 지식이다. 또한, 다른 신호 경로는 종종 세포, 세포 내에서 양 또는 음 중 서로 상호 작용하고 전사 레벨 3, 4, 5, 6. 중요한 신호 전달 경로의 중심 구성 요소는 고도로 모든 후생 동물 종에서 보존하고, 특히 관련성 phyla의 발 미생물과 비교하면 현저하게 중요한 신호 전달 경로의 대부분은 종종 많은 종에서 유사한 발달 기능을 수행하는 7, 8, 9, 10, 11.
개발하는 동안 신호의 연구는 모든 생물의 발굴 작업이며,이척추 동물에서 큰 가능한 리간드 및 수용체 / 공동 변조기 상호 작용의 수, 세포 내 전달 분자뿐만 아니라, 거기에 1) : 가장 후구 동물 모델 (척추 동물, 무척추 척색, 반삭 동물 및 극피)의 신호 전달 경로를 연구하는 몇 가지 중요한 문제는 때문에 유전체 (12, 13), (14)의 복잡도에 서로 다른 신호 경로들 사이의 상호 작용 가능성; 2) 척추 동물의 복잡한 형태와 형태 형성의 움직임은 종종 더 어렵게 및 신호 전달 경로 사이에서 상호 작용을 해석 할 수 있도록; 3) 대부분의 비 극피 동물 무척추 동물의 후구 동물 모델 종의 분석은 일부 피막이 종 (15, 16)를 제외하고 임신 횟수의 짧은 창으로 제한됩니다.
그만큼성게 배아 상술 제한 몇 가지며 생체 내 신호 전달 경로의 상세한 분석을 수행하기 위해 많은 독특한 특성을 제공한다. 이들은 다음을 포함한다 : 1) 성게 게놈의 상대적 단순성 크게 가능한 리간드, 수용체 / 공동 수용체 및 세포 내 전달 분자의 수를 감소시킨다 (17)과의 상호 작용; 2) 세균 층 및 주요 배아 축 사양 및 패턴을 제어하는 GRNs 잘 신호 (18), (19) 수신 셀 / 지역의 규제 문맥의 이해를 돕고, 성게 배아 년에 설립된다 배아가 그 형태를 분석하기 쉽다 단층 상피 구성 때 3) 다수의 신호 전달 경로는 초기 및 절단 낭배 단계 사이 연구 될 수있다 4) 분자를 포함쉽게 조작하는 성게의 신호 전달 경로에서 D; 5) 많은 성게는 10 ~ 11 개월 년 (예 : Strongylocentrotus의 purpuratus 및 Lytechinus의 variegatus)에 대한 임신하는됩니다.
여기서 우리는 체계적이고 효율적으로 지정하고 성게 배아의 패턴 영역이 여러 무척추 동물 모델 시스템은 복잡한 분자 메커니즘의 연구에 제공하는 이점을 설명하기 위해 신호 전달 경로의 구성 요소를 특성화 할 수있는 방법을 제시한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 제시된 방법은 .. 많은 연구소가 해부 일찍 성게 개발 과정에서 유사한 분석을 사용하는 기본적인 발달 메커니즘을 지배하는 신호 전달 경로와 GRNs을 이해하는 척추 동물보다 작은 게놈과 형태 학적 복잡성 배아를 사용하는 능력을 보여주는 예입니다 다른 세포 운명 사양 이벤트에 관련된 신호 전달 경로 (예 노치 헤지 호그, TGF-β의와 FGF 신호) 27, <sup class="…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We would like to thank Dr. Robert Angerer for his careful reading and editing of the manuscript. NIH R15HD088272-01 as well as the Office of Research and Development, and Department of Biological Sciences at Mississippi State University provided support for this project to RCR.
Materials
| Translational-blocking morpholino and/or splice-blocking morpholino | Gene Tools LLC | Customized | More information at www.gene-tools.com |
| Glycerol | Invitrogen | 15514-011 | |
| FITC (dextran fluorescein isothiocyanate) | Invitrogen, Life Technologies | D1821 | Make 25mg/mL stock solution |
| Paraformaldehyde 16% solution EM Grade | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
| MOPS | Sigma Aldrich | M1254-250G | |
| Tween-20 | Sigma Aldrich | 23336-0010 | |
| Formamide | Sigma Aldrich | 47671-1L-F | |
| Yeast tRNA | Invitrogen | 15401-029 | |
| Normal Goat Serum | Sigma Aldrich | G9023-10mL | |
| Alkaline Phosphatase-conjugated anti-digoxigenin antibody | Roche | 11 093 274 910 | |
| Tetramisole hydrochloride (levamisole) | Sigma Aldrich | L9756-5G | |
| Tris Base UltraPure | Research Products Internationall Corp | 56-40-6 | |
| Sodium Chloride | Fisher Scientific | BP358-10 | |
| Magnesium chloride | Sigma Aldrich | 7786-30-3 | |
| BCIP (5-Bromo-4-Chloro-3-indolyl-phosphate | Roche | 11 383 221 001 | |
| 4 Nitro blue tetrazolium chloride (NBT) | Roche | 11 383 213 001 | |
| Dimethyl Formamide | Sigma Aldrich | D4551-500mL | |
| Potassium Chloride | Sigma Aldrich | P9541-5KG | |
| Sodium Bicarbonate | Sigma Aldrich | S5761-500G | |
| Magnesium Sulfate | Sigma Aldrich | M7506-2KG | |
| Calcium Chloride | Sigma Aldrich | C1016-500G |
Referências
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