Модель французского флага - French flag model

Модель построения градиента концентрации; тонкие желто-оранжевые очертания - границы ячеек.[1]
В Флаг Франции трехцветный племя

В Модель французского флага концептуальное определение морфогена, описанное Льюис Вулперт в 1960-е гг.[2][3] А морфоген определяется как сигнальная молекула, которая действует непосредственно на клетки (не через последовательная индукция ) для получения специфических клеточных ответов в зависимости от концентрации морфогена. Во время раннего развития градиенты морфогенов генерируют разные типы клеток в различном пространственном порядке. Рисунок французского флага часто встречается в сочетании с другими: позвоночные развитие конечностей является одним из многих фенотипов, демонстрирующих перекрытие по Тьюрингу с дополнительным паттерном (в данном случае Паттерн Тьюринга ).[4]

В модели французского флага Французский флаг используется для представления влияния морфогена на дифференцировку клеток: морфоген влияет на состояния клеток в зависимости от концентрации, эти состояния представлены разными цветами французского флага: высокие концентрации активируют «синий» ген, более низкие концентрации активируют «белый» «ген», где «красный» используется как состояние по умолчанию в ячейках ниже необходимого порога концентрации.

Модель французского флага была поддержана ведущими Дрозофила биолог, Питер Лоуренс. Кристиан Нюсслейн-Фольхард идентифицировал первый морфоген, Бикоид, один из факторов транскрипции, присутствующий в градиенте Дрозофила синцитиальный эмбрион. Две лаборатории, Гэри Струл и что из Стивен Коэн, затем продемонстрировали, что секретируемый сигнальный белок Decapentaplegic ( Дрозофила гомолог трансформирующий фактор роста бета ), действовал как морфоген на более поздних стадиях Дрозофила разработка. Вещество определяет характер развития ткани и, в частности, положение различных специализированных типов клеток в ткани. Он распространяется из локализованного источника и образует градиент концентрации через развивающуюся ткань.

К хорошо известным морфогенам относятся: декапентаплегический /трансформирующий фактор роста бета, Ежик /Соник ежик, Бескрылый /Wnt, фактор роста эпидермиса, и фактор роста фибробластов.

Некоторые из самых ранних и наиболее изученных морфогенов: факторы транскрипции которые распространяются в начале Drosophila melanogaster (плодовая муха) эмбрионы. Однако большинство морфогенов - это секретируемые белки, передающие сигнал между клетками.

Морфогены определяются концептуально, а не химически, поэтому простые химические вещества, такие как ретиноевая кислота также могут действовать как морфогены.

Трудности с моделью французского флага

В основе модели French Flag лежит идея о том, что морфоген автономно формирует градиент с отдельными клетками, считывающими концентрацию градиента. Затем клетки реагируют на определенный уровень градиента с определенной дифференциацией, чтобы соответствовать положению, которое градиент указывает, в котором они находятся. Хотя широко признается как важная модель для понимания морфогенез, это не повсеместно признается всеми биологами развития. Трудности со всеми градиентными моделями морфогенеза были подробно рассмотрены Ричард Гордон и включают семь[5] конкретные моменты:

  1. Чтобы поддерживать градиент в устойчивом состоянии, должен быть сток, то есть способ, которым диффундирующие молекулы разрушаются или удаляются по пути и / или на некоторых границах. Приемники редко, если вообще когда-либо, даже рассматриваются при вызове градиентной модели.
  2. Если требуется установить градиент, диффузия должна происходить в ограниченном пространстве. Однако многие организмы, такие как аксолотль нормально развиваться, даже если желточная мембрана слои желе удаляются, и развитие происходит в проточной воде.
  3. Диффузия зависит от температуры, но у животных, яйца которых развиваются вне матери, развитие может протекать нормально при широком диапазоне температур.
  4. Градиенты диффузии плохо масштабируются, но эмбрионы бывают самых разных размеров.
  5. Градиенты диффузии следуют принципу суперпозиции. Это означает, что градиент одного вещества в одном направлении и градиент того же вещества в перпендикулярном направлении приводят к единственному одномерному градиенту в диагональном направлении, а не к двумерному градиенту. Биологи развития часто используют двумерный градиент, даже если система двумерного градиента требует двух градиентов морфогенов с двумя разными источниками и стоками, расположенными приблизительно перпендикулярно друг другу.
  6. Колебания градиентов всегда происходят, особенно при низких концентрациях, обычно обнаруживаемых во время эмбриогенеза, что затрудняет специфический ответ отдельной клетки на определенные пороговые значения концентрации.
  7. Каждая клетка должна иметь возможность точно «считывать» концентрацию морфогена, иначе границы между тканями станут рваными. И все же такие рваные границы редко встречаются в развитии.

Рекомендации

  1. ^ Knabe J.F; и другие. (2008). Эволюция и морфогенез дифференцированных многоклеточных организмов: автономно генерируемые градиенты диффузии для позиционной информации. Искусственная жизнь XI: Материалы одиннадцатой международной конференции по моделированию и синтезу живых систем.
  2. ^ Вольперт Л. (октябрь 1969 г.). «Позиционная информация и пространственный образец клеточной дифференциации». J. Theor. Биол. 25 (1): 1–47. Дои:10.1016 / S0022-5193 (69) 80016-0. PMID  4390734.
  3. ^ Вольперт, Льюис; и другие. (2007). Принципы развития (3-е изд.). Оксфорд [Оксфордшир]: Издательство Оксфордского университета. ISBN  0-19-927536-X.
  4. ^ Шарп, Джеймс; Грин, Джереми (2015). «Позиционная информация и реакция-диффузия: сочетаются две большие идеи в биологии развития». Разработка. 142: 1203–1211. Дои:10.1242 / dev.114991.
  5. ^ Гордон, Н.К., Гордон, Р. Органелла дифференцировки эмбрионов: расщепитель клеточного состояния Теоретическая биология и медицинское моделирование, 13 (11) 2016

внешняя ссылка

Ресурсы NCBI

От Национальный центр биотехнологической информации: