Mekanisme di mana anggota badan berkembang dalam embrio ayam dijelaskan • Vera Bashmakova • Berita Sains mengenai "Elemen" • Biologi Pengembangan, Biologi Molekul

Mekanisme di mana anggota badan berkembang dalam embrio ayam dijelaskan.

Rajah. 1. A. Sel yang baru dibahagikan (kawalan pertama) membentuk segmen tiga anggota badan selama 14 hari selepas pemindahan. B. Sel-sel yang dibiakkan selama 36 jam dalam Wnt3a, FGF8, dan asid retinoik (WFR) dapat membentuk segmen tiga anggota, walaupun segmen proksimal anggota ini lebih panjang berbanding normal, dan segmen pertengahan adalah, sebaliknya, dipendekkan. PadaE menunjukkan gambar anggota badan ini, dan F, G danH – gambar-gambar bahagiannya, dari mana ia jelas bahawa segmen proksimal dan pertengahan ditutup dengan bulu, dan segmen distal ditutup dengan skala. Jenis lapisan menunjukkan "proximality" dan "distaliti" sebenar segmen. C. Sel yang dibiakkan selama 36 jam hanya di Wnt3a dan FGF8 (WF) tanpa asid retinoik (kawalan kedua) boleh membentuk satu jari sahaja, "duduk" pada nodul kartilaginus. PadaD jelas bahawa jari ini ditutupi dengan skala, kerana ia sepatutnya untuk segmen distal itu sendiri (dengan kata lain, ia bukan segmen proksimal yang kurang berkembang). F – femur, paha; T / F – tibia dan fibula, tulang belikat besar dan kecil; M – metatarsal, tarsus; D – digit, jari. Panjang bar skala 5 mmA danE2.5 mm dalamB danC, 1.6 mm dalamD dan 1 mm dalamF-H. Imej dari artikel dibincangkan K. L. Cooper et al.

Embrio ayam mungkin merupakan model yang paling disukai di kalangan para ahli biologi dan ahli biologi perkembangan. Walau bagaimanapun, walaupun untuk organisma yang benar-benar dikaji, terdapat banyak misteri dan bintik-bintik putih. Contohnya, selama beberapa dekad, tidak sepenuhnya jelas betapa perkembangan anggota badan (lihat perkembangan Limbah) embrio ayam diatur. Dan sekarang, nampaknya, masalah ini akhirnya dapat diselesaikan – dalam isu terbaru Sains Dua artikel keluar, meyakinkan menunjukkan bahawa perkembangan kaki yang betul dalam anak ayam di sepanjang paksi proksimal-distal dikawal oleh kecerunan dua bahan, satu daripadanya mempunyai kepekatan yang paling tinggi di pangkal anggota badan, dan yang lain di dekat ujungnya.

Alexander Markov telah mengagumkan tentang prinsip-prinsip umum yang mana satu sel yang disenyawakan bertukar menjadi sebuah kompleks yang sangat teratur. Bagaimana sel-sel memahami bahawa sesetengahnya harus menjadi rambut, tulang lain, yang lain dengan otak, dan lain-lain? Soalan kanak-kanak "). Kini ia akan menjadi persoalan masalah yang lebih spesifik, iaitu, pembangunan anggota yang betul sepanjang paksi proksimal-distal. Bagaimana keadaannyabahawa proksimal (iaitu terletak lebih dekat dengan badan) dan distal (iaitu, sebaliknya, lebih jauh dari badan) kawasan anggota badan tidak bercampur dalam proses pembangunan? Kenapa jari tumbuh di tangan kita, bukan di bahu kita; Bagaimanakah kita hanya mempunyai satu kaki pada setiap kaki, dan bukan beberapa keping, yang disambungkan dalam rantai? Apakah mekanisme di mana segmen anggota bergerak sepanjang paksi proksimal-distal dalam susunan yang betul? Selama bertahun-tahun soalan-soalan ini telah membimbangkan minda saintis yang terlibat dalam biologi perkembangan.

Hampir tiga puluh tahun yang lalu, pada tahun 1973, ahli biologi perkembangan Inggeris, Lewis Wolpert (beliau memiliki aphorism "Acara utama hidup anda bukanlah kelahiran, perkahwinan atau kematian." Ini adalah gastrulasi.) Dan kakitangannya telah meningkatkan teori tentang pendidikan anggota badan dalam embrio ayam. Menurutnya, dalam sel-sel anggota yang sedang membangun, sesuatu seperti jam-jam autonomi berfungsi "mempertimbangkan" bahagian-bahagian sel dan bergantung kepada berapa bahagian-bahagian ini telah berlalu, mencetuskan pembentukan satu atau kawasan anggota lain dari sel-sel yang tidak dibezakan. Dalam kes ini, kawasan proksimal dibentuk terlebih dahulu, dan lebih banyak masa berlalu, semakin jauh struktur yang dihasilkan akan menjadi.

Nampaknya hipotesis ini (ia menerima nama "model zon progresif") agak mudah dan mudah diverifikasi – bagaimanapun, ia tidak ada. Sepanjang dekad akan datang, para penyelidik gagal sama ada mengesahkan atau menafikan anggapan ini. Di sebaliknya, beberapa hipotesis lain timbul – dan salah seorang daripada mereka mengemukakan bahawa tiada jam dalaman diperlukan untuk pembangunan anggota badan yang betul, tetapi kecerunan yang betul beberapa bahan sepanjang paksi proksimal-distal diperlukan, yang sebahagiannya mempunyai kepekatan terbesar dari pangkal anggota badan, – dari sisi hujungnya.

Setiap teori mempunyai pengesahan tidak langsung dan penyokong yang bersemangat dalam dunia saintifik, tetapi tidak seorang pun daripada mereka mempunyai bukti langsung kesetiaan.

Akhirnya, dua kumpulan saintis – satu campuran Amerika-Belanda-Sepanyol, yang lain Sepanyol – meyakinkan menunjukkan bahawa model zon progresif tidak betul, tidak ada jam dalaman untuk mengembangkan anggota badan, dan pembentukannya dikawal oleh kecerunan bahan-bahan tertentu di sepanjang paksi proksimal-distal.

Secara umumnya, asid retinoik telah lama disyaki dalam menguruskan perkembangan anggota badan (lihatAsid retinoik), yang menjejaskan anggota badan yang semakin meningkat dari hujung proksimal, dan faktor pertumbuhan fibroblast (lihat FGF), yang, sebaliknya, bertindak secara distal. Cara paling mudah untuk memeriksa sama ada kecurigaan ini benar adalah dengan hanya "mematikan" bahan-bahan ini dengan penyekat dan melihat bagaimana anggota badan berkembang. Tetapi, malangnya, ini tidak mustahil, kerana akibatnya perkembangan anggota badan berhenti seperti itu.

Walau bagaimanapun, masalah ini boleh dielakkan dengan menggunakan teknik yang baru dibangunkan yang membolehkan anda menyelamatkan sel-sel buah ginjal (kawasan di mana embrio mengembangkan anggota badan, lihat anggota badan) dalam budaya dalam keadaan yang tidak dapat dibezakan dan berkembang. Untuk melakukan ini, perlu untuk mengerutkan mereka dalam persekitaran dengan protein FGF8 – salah satu ahli keluarga FGF – dan protein Wnt3a, yang juga terlibat dalam pengawalan proses embrionik (lihat laluan isyarat Wnt).

Dengan teknik ini, ia mencukupi untuk menambahkan bahan ujian ke sel-sel yang berbudaya, dan kemudian mengumpul apa yang disebut "anggota rekombinan" dari mereka, transplantasi ke dalam embrio yang sedang berkembang dan melihat apa yang menyebabkan badan berkembang dan bagaimana ia akan berbeza dari yang normal.

Jadi, para penyelidik dari yang pertama – kumpulan Amerika-Belanda-Sepanyol – mencipta tiga varian anggota rekombinan:

1) orang yang selnya tidak disimpan dalam budaya, tetapi dengan serta-merta, hampir tidak berpisah, dikumpulkan dari mereka anggota rekombinan (kawalan pertama);

2) yang mana sel tidak bertindak oleh asid retinoik, tetapi hanya disimpan selama 36 jam dalam budaya (kawalan kedua);

3) satu di sel-sel yang bertindak dalam budaya oleh asid retinoik selama 36 jam (eksperimen).

Keputusan eksperimen ini ditunjukkan dalam Rajah. 1. Dapat dilihat bahawa walaupun anggota "retinoik" tidak sempurna sempurna (contohnya, ia telah memecah rasio ukuran segmen), tetapi sekurang-kurangnya ketiga-tiga segmen itu dikembangkan, sementara tanpa asid retinoik, bukannya anggota yang sepenuhnya satu jari.

Eksperimen ini dengan jelas memberi keterangan kepada peranan "proximalizing" asid retinoik, dan sebagai tambahan, menyampaikan tamparan menghancurkan kepada model zon progresif. Lagipun, jika jam otonom bekerja di sel-sel anggota yang berkembang, maka apabila mereka dikekalkan dalam budaya, mereka harus mengira bahagian terakhir dan, selepas pemindahan ke embrio, mulailah pembentukan struktur distal dengan serta-merta.Tetapi jika di bawah pengaruh asid retinoik, segmen proksimal berkembang di dalam badan, ini bermakna tiada jam otonom dalam sel-sel, dan perkembangan anggota badan ditentukan oleh kecerunan bahan-bahan sepanjang paksi proksimal-distal, tetapi tidak bermakna masa yang telah berlalu sejak pembentukannya. Di samping itu, percubaan ini menghasilkan satu kaedah pemeliharaan budaya sel, yang dapat menimbulkan anggota baru yang hampir lengkap, yang membuka peluang yang besar untuk penyelidikan selanjutnya.

Jadi, bagaimanakah perkembangan anggota badan? Pada mulanya, walaupun di dalam buah pinggang, sel-selnya berada di bawah pengaruh dua bahan sekaligus – asid retinoik dan faktor pertumbuhan fibroblast (yang terakhir, seperti yang telah disebutkan di sini, mempunyai keupayaan, antara sifat-sifat lain, untuk menjaga sel-sel dalam keadaan yang tidak dapat dibezakan). Asid retinoik lebih besar di pangkal ginjal, dan faktor pertumbuhan fibroblast di hujung, dan oleh itu sel-sel asas dapat membezakan dan membentuk struktur proksimal di bawah pengaruh asid retinoik. Sel-sel membesar dan membezakan, anggota badan dipanjangkan, dan di sini sel-sel yang terletak di ujungnya sudah jauh dari sumber asid retinoik."Proksimalizuyuschee" kesan asid retinoic adalah teredam, dan sel-sel mula untuk membentuk lebih banyak dan lebih distal struktur.

OK, tapi apakah itu peranan FGF? Benarkan sama ada protein ini membentuk struktur distal jika tiada pengaruh asid retinoik – atau buat bentuk mereka, entah bagaimana mempengaruhi mereka? Rupa-rupanya, masih membuat – sekurang-kurangnya mengikut keputusan eksperimen yang dijalankan oleh kedua – Sepanyol – sekumpulan penyelidik. Dalam eksperimen ini, di anggota badan buah pinggang menghalang aktiviti faktor pertumbuhan fibroblast dengan mengunci salah satu daripada reseptor, di mana mereka beroperasi. Akibatnya, ungkapan penanda kawasan kaki distal dihentikan. Ini bermakna perkembangan bahagian distal anggota badan memerlukan pengaruh FGF. Dalam erti kata lain, faktor pertumbuhan fibroblast adalah "distaliziruyuschy" kesan, dan asid retinoic – "proksimalizuyuschy". Dalam kes sedemikian, pembangunan sebahagian anggota badan ditentukan oleh keseimbangan antara kepekatan FGF dan asid retinoic.

Jadi, peranan asid retinoic dalam pembentukan kaki dalam "anak ayam" Eksperimen telah menunjukkan agak meyakinkan.Tapi, kejayaan ahli biologi pembangunan dibayangi oleh satu keadaan. Dalam eksperimen baru-baru ini, didapati bahawa pada tikus, asid retinoik, sebaliknya, TIDAK memainkan peranan penting dalam perkembangan anggota di sepanjang paksi proksimal-distal. Mungkin begitu, dan mamalia tidak memerlukan asid retinoik untuk perkembangan anggota badan yang betul. Atau mungkin gambaran itu lebih rumit, dan sebenarnya, asid retinoik tidak bertindak sendiri, tetapi melalui rantaian perantara yang belum diterokai. Walau bagaimanapun, topik ini memerlukan penyelidikan lanjut.

Sumber:
1) Kimberly L. Cooper, Jimmy Kuang-Hsien Hu, Derk sepuluh Berge, Marian Fernandez-Teran, María A. Ros, Clifford J. Tabin. Pemulaan Corak Proksimal-Distal di Lebar Vertebrate oleh Isyarat dan Pertumbuhan // Sains. 2011. V. 332. P. 1083-1086.
2) Alberto Roselló-Díez, María A. Ros, Miguel Torres. Isyarat yang tidak dapat difahami, Bukan Mekanisme Otonom, Tentukan Subdivisi Limbah Proximodistal Utama. // Sains. 2011. V 332. P. 1086-1088.

Vera Bashmakova


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: