Fransk flagga modell

Modell av koncentrationsgradientuppbyggnad; fina gul-orange konturer är cellgränser.

Frankrikes flagga är en trefärgad triband

Den franska flaggan modellen är en konceptuell definition av en morfogen , beskrev av Lewis Wolpert på 1960-talet. En morfogen definieras som en signalmolekyl som verkar direkt på celler (inte genom seriell induktion) för att producera specifika cellulära svar beroende på morfogenkoncentration. Under tidig utveckling genererar morfogengradienter olika celltyper i distinkt rumslig ordning. Franska flagga mönstring finns ofta i kombination med andra: ryggradsdjur lem utveckling är en av de många fenotyper som uppvisar fransk flagg mönstring överlappat med ett komplementärt mönster (i detta fall Turing mönster ).

Översikt

I den franska flaggmodellen används den franska flaggan för att representera effekten av en morfogen på celldifferentiering: en morfogen påverkar celltillstånd baserat på koncentration, dessa tillstånd representeras av den franska flaggans olika färger: höga koncentrationer aktiverar en " blå "-genen aktiverar lägre koncentrationer en "vit" gen, med "röd" som standardtillstånd i celler under den nödvändiga koncentrationströskeln.

Den franska flaggmodellen försvarades av den ledande Drosophila- biologen, Peter Lawrence . Christiane Nüsslein-Volhard identifierade den första morfogenen, Bicoid , en av transkriptionsfaktorerna som finns i en gradient i Drosophila syncytialembryot . Två laboratorier, Gary Struhls och Stephen Cohens, visade sedan att ett utsöndrat signalprotein, Decapentaplegi ( Drosophila -homologen av transformerande tillväxtfaktor beta ), fungerade som en morfogen under senare stadier av Drosophila -utvecklingen. Ämnet styr mönstret för vävnadsutveckling och i synnerhet positionerna för de olika specialiserade celltyperna i en vävnad. Det sprider sig från en lokal källa och bildar en koncentrationsgradient över en vävnad under utveckling.

Välkända morfogen inkluderar: dekapentaplegi / transformerande tillväxtfaktor beta , Hedgehog / Sonic hedgehog , Wingless / Wnt , epidermal tillväxtfaktor och fibroblasttillväxtfaktor .

Några av de tidigaste och bäst studerade morfogenerna är transkriptionsfaktorer som diffunderar inom tidiga Drosophila melanogaster (fruktfluga) embryon. De flesta morfogen är dock utsöndrade proteiner som signalerar mellan celler.

Morfogener definieras konceptuellt, inte kemiskt, så enkla kemikalier som retinsyra kan också fungera som morfogener.

Svårigheter

Grunden för den franska flaggmodellen är idén att en morfogen autonomt bildar en gradient med individuella celler som läser av gradientens koncentration. Celler svarar sedan på en specifik gradientnivå med en specifik differentiering för att matcha den position som gradienten indikerar att de befinner sig i. Även om den är allmänt accepterad som en viktig modell för att förstå morfogenes , är den inte allmänt accepterad av alla utvecklingsbiologer. Svårigheterna med alla gradientbaserade modeller av morfogenes granskades utförligt av Natalie och Richard Gordon och inkluderar sju specifika punkter:

För att upprätthålla en gradient i ett stabilt tillstånd måste det finnas en sänka, dvs ett sätt på vilket diffuserande molekyler förstörs eller avlägsnas längs vägen och/eller vid vissa gränser. Sänkor övervägs sällan, om aldrig, ens när gradientmodellen åberopas.
Diffusion måste ske i ett begränsat utrymme om en gradient ska etableras. Men många organismer som axolotlen utvecklas normalt även om vitellinemembranet och geléskikten tas bort och utveckling sker i strömmande vatten.
Diffusion är temperaturberoende men utvecklingen kan fortgå normalt över en mängd olika temperaturer hos djur vars ägg utvecklas utanför modern.
Diffusionsgradienter skalar inte bra men embryon finns i olika storlekar.
Diffusionsgradienter följer superpositionsprincipen. Detta betyder att en gradient av ett ämne i en riktning, och en gradient av samma ämne i en vinkelrät riktning, resulterar i en enda endimensionell gradient i diagonalriktningen, inte en tvådimensionell gradient. Utvecklingsbiologer åberopar ofta en tvådimensionell gradient även om ett tvådimensionellt gradientsystem kräver två morfogengradienter med två olika källor och sänkor placerade ungefär vinkelrätt mot varandra.
Fluktuationer i gradienter förekommer alltid, särskilt vid de låga koncentrationer som vanligtvis förekommer under embryogenes, vilket gör ett specifikt svar från en enskild cell på särskilda koncentrationströsklar problematisk.
Varje cell måste kunna "läsa" morfogenkoncentrationen exakt, annars blir gränserna mellan vävnaderna trasiga. Ändå är sådana trasiga gränser sällsynta i utvecklingen.

externa länkar