Shavenbaby - Shavenbaby

Přehled shavenbaby (svb)

Shavenbaby ( SVB ) nebo ovo gen kóduje transkripční faktor v Drosophila odpovědné za indukci buněk, aby se vlasy výběžky zvané chlupy nebo microtrichia. Mnoho hlavních vývojových signálních cest konverguje v lokusu oholeného , který pak reguluje více než 150 downstream cílových genů. „Přesýpacích hodin“ Tvar této regulační sítě genu je shavenbaby na hlavní regulátor trichomy formace. Unikátní nastavení genové regulační sítě udělalo z trichomů vynikající odečet pro identifikaci důležitých vývojových genů během přední genetické obrazovky Heidelberg Screen. Navíc shavenbaby je považován za „evoluční hotspot“, a pokusy ukázaly, že změny v tomto genu způsobit ztrátu dorzálních kutikulární chloupky v Drosophila sechellia larev.

Larvy Drosophila produkují chlupaté výběžky zvané trichomy. Produkce trichomů je řízena genem shavenbaby .

Trichomy pravděpodobně slouží různým účelům. U larev trichomy pravděpodobně pomáhají s pohybem larev. Larvy se mohou střídat mezi pásy trichomů a nahé kutikuly a mohou procházet po různých površích. Trichomy navíc mohou přispívat k hydrofobicitě a dokonce stabilizovat let dospělých.

Transkripční vstupy pro svb

Shavenbaby lokus je regulována mnoha signálních drah, včetně HOX faktorů, bezkřídlé , EGF-R , Hedgehog , a Notch signalizace. Transkripční faktory SoxNeuro, Pointed a Dichaete navíc regulují expresi shavenbaby .

Engrailed a Ježek aktivují EGFR

Během fáze 12 embryonálního vývoje je Engrailed exprimován v podskupině buněk, které aktivují signální dráhu ježka. Ježkový signál je přijímán buňkami exprimujícími Patched, což indukuje expresi kosodélníku ( rho ) se signalizací Serrate-Notch, která aktivuje signální dráhu EGFR. Receptor drosophila EGF (DER) je zodpovědný za aktivaci oholeného dítěte jak přímo, tak prostřednictvím řízení exprese faktorů SoxNeuro a Dichaete . Jiné transkripční faktory, jako je Ultrabithorax a jeho kofaktor Homothorax, také interagují s různými zesilovači oholení, aby aktivovaly expresi.

Bezkřídlá signalizace potlačuje oholené dítě

Během fáze 12 indukuje signální dráha ježka expresi signálu bez křídel. Signalizační dráha bez křídel je zodpovědná za potlačení aktivity oholeného dítěte a buňky exprimující Wingless mají nahou kůžičku. Kromě toho mutace genu Wingless produkují v nahé oblasti trávník trichomů. Bezkřídlá signalizace byla charakterizována tak, že se specificky integruje do zesilovače shavenbaby E3 , který také produkuje trávník exprese v mutantech Wingless. Bezkřídlou signalizaci potlačují produkty SoxNeuro i Dichaete, produkty signální dráhy EGFR.

Wingless potlačuje expresi shavenbaby , zatímco Hedgehog signalizace upreguluje dráhu EGFR, která přímo a nepřímo aktivuje shavenbaby a potlačuje Wingless signalizaci.

Vývojové zesilovače svb

Zesilovače vývoje jsou sekvence DNA, které během vývoje řídí časoprostorové uspořádání genů, aby vytvořily plán těla organismu. Vývojové zesilovače jsou považovány za hlavní hybné síly fenotypové evoluce. V současnosti je v místě oholeného dítěte sedm předpokládaných vývojových zesilovačů : DG2, DG3, Z1.3, A, E3, E6 a 7H . Všechny tyto zesilovače jsou pleiotropní , vyjadřují oholené dítě v různých vývojových fázích. Zesilovače jsou poněkud modulární, kde jsou různé komponenty vzorování rozděleny na různé zesilovače. Mnoho expresních vzorů se však navzájem překrývá, takže zesilovače jsou zdánlivě nadbytečné.

Lokus shavenbaby se skládá ze sedmi domnělých vývojových zesilovačů: DG2, DG3, Z1.3, A, E3, E6 a 7H. Každý zesilovač je pleiotropní v různých vývojových fázích, semi-modulární a vytváří překrývající se nadbytečné expresní vzorce. Tato redundance zesilovače kanalizuje fenotypy pod různými environmentálními stresy a genetickým pozadím. Malá černá šipka je místem zahájení transkripce. Velká šedá šipka (ne v měřítku) je kódující sekvence.

Redundance zesilovače je běžně pozorovaný jev. Proč by evoluce vyvinula nadbytečné zesilovače ? Tajemství redundance zesilovače bylo částečně vyřešeno studiem lokusu oholeného dítěte v roce 2010. Frankel a kol. zjistil, že nadbytečné zesilovače pomáhají udržovat správnou expresi oholeného dítěte při různých teplotních stresech , čímž tento výraz aktivují . Toto zjištění bylo také pozorováno o osm let později u nadbytečných savčích zesilovačů, což naznačuje, že toto pozorování není omezeno na Drosophila . Bylo také pozorováno, že nadbytečné zesilovače využívají různé transkripční faktory , zahrnující různorodou sadu signálních vstupů pro kanalizaci genové exprese v různých environmentálních stresech.

E3 enhancer

E3 zesilovač obsahuje 1042 párů bází (bp), zesilovač, který pohání shavenbaby na břišní straně stupňů 15 a 16+ embryí a larev. E3 je také pleiotropicky exprimován v hltanu a jícnu nebo v larvách třetího instaru. U dospělých Drosophila je E3 vyjádřen v břiše, hlavě, nohách a křídle. E3 fragment byl testován jako menší fragmenty, jako jsou E3-14 a E3N . Na rozdíl od ostatních zesilovačů oholeného dítěte je aktivita E3 u Drosophila sechellia zachována .

Konfokální obraz stádia embrya Drosophila 15/16. Jádra embryí jsou obarvena modře (DAPI) a reportérový konstrukt exprimující zesilovač svb E3N je obarven zeleně. E3N označuje buňky, které se stanou ventrálními trichomy na larvách 1. instaru.

E3N byl poprvé popsán v Crocker et al., 2015, a bylo zjištěno, že kóduje „homotypické shluky“ vazebných míst pro transkripční faktor : Ultrabithorax (Ubx). Tato vazebná místa však byla nekanonická a Ubx se váže na E3N s velmi nízkou afinitou. Mutace ke zvýšení afinity těchto vazebných míst způsobily ektopickou vazbu dalších faktorů Homeoboxu (HOX), což vedlo k expresi ektopického zesilovače. Faktory HOX licencují identitu buněk a zajišťují jejich osud, aby vytvořily určitou strukturu, jako jsou křídla, ohlávky, antény, břicho atd. Všechny faktory HOX jsou evolučně příbuzné a vážou se na stejnou sekvenci homeodomény: TAAT. Jak zesilovače kódují specifickou vazbu určitých faktorů HOX a zabraňují ektopické vazbě ostatních, se nazývá „paradox Hox“. Studie E3N od Crockera a kol., 2015 poskytla odpověď na „Hox Paradox“ tím, že navrhla, že specificitu poskytnou vazebná místa s nízkou afinitou a kódující klastry míst by odpovídaly za potenciálně slabou aktivaci. Vazebná místa pro nízkoafinitní transkripční faktor byla také pozorována u jiných zesilovačů.

V navazující studii Fuqua et al. vytvořil knihovnu náhodných mutantů zesilovače E3N, aby studoval gramatiku zesilovače a jak se mohou zesilovače vyvíjet. Studie odhalila, že i jednobodové mutace měly významný vliv na expresní vzorec zesilovače. Navíc mutace ovlivnily více složek vzoru. Tato pleiotropní povaha mutací byla prokázána, když vznik nové exprese slinné žlázy nebo háku byl spojen s téměř úplnou ztrátou původního vzorce embryonální exprese. Změny vazebných míst Ultrabithorax s nízkou afinitou navíc vedly k pleiotropním efektům modulujícím načasování , intenzitu vzoru a ektopickou expresi. Autoři dospěli k závěru, že zesilovače jsou hustě kódovány regulačními informacemi a zesilovací mutace jsou obvykle pleiotropní. Toto tvrzení potvrzují i další nedávné studie týkající se zesilovače žlutých skvrn a zesilovače Sonic Hedgehog ZRS . Tato zjištění mohou dokonce naznačovat, že základní cis-regulační logika zesilovače může omezit jeho vývoj, toto tvrzení učinil i můj Preger Ben-Noon a kol.

E6 enhancer

E6 enhancer je vyjádřena v dorzální a kvartérní buněk Drosophila embryí, larev, a v pupal epidermis. E6 zesilovač je jedním z pěti zesilovačů, který přispěl ke ztrátě larvy hřbetní chlupy v Drosophila sechellia . Molekulární mechanismus této ztráty exprese byl vyřešen Preger Ben-Noon et al., Kde sechellia-E6 postupně akumulovala mutace v aktivačních místech pro Arrowhead a Pannier a získala vazebné místo pro represor Abrupt. Tyto mutace přispěly k 46% snížení celkové exprese embryonálního oholeného dítěte a ovlivnily pleiotropní expresi v pupální epidermis.

Z1.3 Enhancer

Z1.3 Enhancer je minimalizován fragment Z zesilovače a řídí expresi v embryonálních buňkách kvartérních, larvy hltanu a proventrikulu a pupal epidermis. Z1.3 enhancer přispěl na odhadovaných 28% ztrátu celkového embryonální expresi v Drosophila sechellia. Na rozdíl od E6 však mutace, které ovlivnily embryonální vzor Z1.3, neměly žádný vliv na expresi pleiotropní pupální epidermis. Preger Ben-Noon a kol. dále rozřezali zesilovač Z1.3 a byli schopni minimalizovat pleiotropní aktivitu na dva samostatné zesilovače: Z0.3 a Z1.3R .

DG3 Enhancer

DG3 enhancer je primárně exprimován v ventrální embryonální epidermis spolu s E3N a 7H. U larev je DG3 exprimován v dorzálních a ventrálních oblastech, v hltanu, jícnu a proventriculus a v pupální epidermis. Bližší pohled na ventrální jádra odhaluje, že gen shavenbaby fyzicky kolokalizuje s vyššími koncentracemi proteinu Ultrabithorax a jeho kofaktoru Homothorax. Navíc Drosophila linie Df (SVB) 108 obsahuje deleci v DG2, DG3 a Z zesilovače. Teplo šokující tyto linie způsobuje mírný pokles počtu ventrálních trichomů. Bližší pohled na jádra těchto jednotlivých buněk odhaluje jak nižší kvantifikovatelné úrovně transkriptu oholeného dítěte, tak slabší interakce jaderného mikroprostředí mezi ventrálními zesilovači. Je zajímavé, že hladiny transkriptů a mikroprostředí lze stabilizovat křížením much nesoucích deleci s muškami nesoucími umělý BAC lokusu oholeného . Studie od Tsai et al. odhaluje mikroprostředí a potenciálně transvekci jako potenciální mechanismy toho, jak nadbytečné zesilovače kanalizují genovou expresi.

7H enhancer

7H enhancer řídí expresi v obou ventrální a dorzální embryonální a larvální epidermis, larvy hltanu, a pupal epidermis. Delece zesilovače 7H má za následek 38% pokles celkové exprese embryonálního oholeného dítěte . 7H, DG3 a E3N jsou primární ventrální enhancery v embryu.

Trichome formace

Shavenbaby aktivuje více než 150 různých downstream cílů, aby exprimoval proteiny remodelující aktin za vzniku denticle. Některé z těchto faktorů zahrnují rozeklané, oholené, ospalé, vosí, žluté a miniaturní . Aktivace těchto cílových genů také závisí na SoxNeuro, jednom z regulátorů shavenbaby. Společně SoxNeuro a Shavenbaby spolupracují na tvarování denticles.

Reference