Klocka och vågfrontsmodell
Klock- och vågfrontsmodellen är en modell som används för att beskriva processen för somitogenes hos ryggradsdjur . Somitogenes är den process genom vilken somiter , block av mesoderm som ger upphov till en mängd olika bindväv, bildas.
Modellen beskriver avskiljningen av somiter från den paraxiella mesodermen som ett resultat av oscillerande uttryck av särskilda proteiner och deras gradienter.
Översikt
När cellerna i den pre-somititiska mesodermen väl är på plats efter cellmigration under gastrulation, börjar oscillerande uttryck av många gener i dessa celler som om de reglerades av en utvecklings-"klocka". Detta har fått många att dra slutsatsen att somitogenes koordineras av en "klocka och våg"-mekanism.
Mer tekniskt betyder detta att somitogenes uppstår på grund av de till stor del cellautonoma svängningarna av ett nätverk av gener och genprodukter som får celler att pendla mellan ett tillåtande och ett icke-tillåtande tillstånd på ett konsekvent tidsbestämt sätt, som en klocka. Dessa gener inkluderar medlemmar av FGF- familjen, Wnt- och Notch -vägen, såväl som mål för dessa vägar. Vågfronten fortskrider långsamt i anterior-till-posterior riktning. När vågfronten av signalering kommer i kontakt med celler i det tillåtande tillståndet, genomgår de en mesenkymal-epitelial övergång och nyper av den mer främre pre-somitiska mesodermen, bildar en somitgräns och återställer processen för nästa somit.
I synnerhet verkar den cykliska aktiveringen av Notch-banan vara av stor betydelse i vågfrontsklockmodellen. Det har föreslagits att aktiveringen av Notch cykliskt aktiverar en kaskad av gener som är nödvändiga för somiterna att separera från den huvudsakliga paraxiella kroppen. Detta styrs på olika sätt hos olika arter, till exempel genom en enkel negativ återkopplingsslinga hos zebrafisk eller i en komplicerad process där FGF- och Wnt-klockor påverkar Notch-klockan, som hos kycklingar och möss. Generellt sett är dock segmenteringsklockmodellen mycket evolutionärt bevarad.
Inneboende uttryck av "klockgener" måste oscillera med en periodicitet som är lika med den tid som krävs för att en somit ska bildas, till exempel 30 minuter hos zebrafisk , 90 minuter hos kycklingar och 100 minuter hos ormar.
Oscillationens autonomi
Genoscillation i presomitiska celler är till stor del, men inte fullständigt, cellautonom. När Notch-signalering störs i zebrafisk, oscillerar närliggande celler inte längre synkront, vilket indikerar att Notch-signalering är viktigt för att hålla närliggande cellpopulationer synkrona. Dessutom har ett visst cellulärt beroende visats i studier som rör proteinet Sonic hedgehog (Shh) i somitogenes. Även om uttryck av Shh-vägproteiner inte har rapporterats oscillera i den pre-somitiska mesodermen, uttrycks de i den pre-somitiska mesodermen under somitogenes. När notokorden ableras under somitogenes i kycklingembryot, bildas det rätta antalet somiter, men segmenteringsklockan är fördröjd för de bakre två tredjedelar av somiterna. De främre somiterna påverkas inte. I en studie härmades denna fenotyp av Shh-hämmare, och snabb somitbildning räddades av exogent Shh-protein, vilket visar att den saknade signalen som produceras av notokordet förmedlas av Shh.
Se även
Vidare läsning
- Cooke, J.; Zeeman, Christopher (1976). "En klocka och vågfrontsmodell för kontroll av antalet upprepade strukturer under djurmorfogenes". Journal of Theoretical Biology . 58 (2): 455–476. doi : 10.1016/S0022-5193(76)80131-2 . PMID 940335 .