6. Genetika a morfogeneze u Drosophily Flashcards
Thomas H. Morgan
- genetika u Drosophily
Přímá genetika
- vytvoří se mutant
- zpětně se hledá zmutovaný gen
- Drosophila, obojživelníci, ryby
Přímá genetika
- vím gen, můžu ho zmutovat, pak sleduju fenotyp
- myši
Drosophila - proč se využívá
- nenáročnost na podmínky vnějšího prostředí
- přítomnost POLYTENNÍCH CHROMOZOMŮ v larválním stádiu (genetické a cytogenetické studie) = 1 gen je v několika kopiích
Drosophila - Oplození - Oocyty a Nurse cells
OOCYTY - polylecitální (plné žloutku) a centrolecitální (žloutek uprostřed)
- spermie proniká do oocytu v oblasti budoucího ANTERIORU
- oblast průniku spermie do oocytu NEURČUJE žádnou z tělních os
- tělní osy jsou určeny před oplození polohou oocytu v mateřské ovariole
- NURSE CELLS - propojené buněčnými můstky, nejvíce můstků => oocyt
Drosophila - časný vývoj - rýhování
- SUPERFICIÁLNÍ
- mnohonásobná mitóza jádra zygoty (karyogeneze bez cytokineze)
- migrace rýhovacích jader k periferii embrya
- u Drosophily jsou NS na ventrální straně
- stádium střední blastuly - zpomalení rýhování a nástup transkripce
- diferenciace pólových buněk (budoucí gamety) v posteriorní části embrya
- vznik syncitiálního, později buněčného blastodermu
Drosophila - časný vývoj - Gastrulace
- invaginace cca 1 000 buněk pod VENTRÁLNÍ RÝHU - vznik mezodermu
- z anteriorní a posteriorní části embrya invaginují dva váčky - ENTODERM
- pólové buňky jsou na posteriorní části embrya internalizovány vznikajícím ENTODERMEM
- vznik hlavové rýhy - oddělení hlavové části
- tvorba zárodečného proužku - budoucí hrudní a zadečkové struktury
Drosophila - pólové buňky
= prekurzory germ cells
Drosophila - Morfogeneze
- Organogeneze
- Segmentace
- Segregace imaginárních disků
Drosophila - Anterior-posteriorní polarita
- je určena orientací vajíčka v mateřské ovariole
- vzniká syncytiální blastoderm bez cytoplazmatické membrány
- morfogeny fungující jako tvůrci segmentace a základů orgánů fungují jako TF (bo nejsou ty membrány)
- > jádra se přímo ,,koupou’’ v gradientu transkripčních faktorů
Drosophila - Anterior-posteriorní polarita - Maternální geny
- biocid, hunchback, nanos, caudal…
- kaskáda
BICOID GEN
–> mRNA x protein -> rozdíl!!
–> mRNA ještě před oplozením naakumulována v anteriorní části embrya (šíří se od anterioru k posterioru) - nutritivní buňky ovariol syntetizují a ukládají různé mRNA do vyvíjejícího se oocytu
- Pro anterior-posteriorní polaritu jsou důležité tyto mRNA:
- > BICOID a HUNCHBACK - formace hlavy a thoraxu
- > NANOS a CAUDAL - formace zadečkových segmentů
- > TORSO - skupina terminálních genů - formace AKRONU a TELSONU
Drosophila - Anterior-posteriorní polarita - Embryonální geny
GAP GENY
- hunchback, krüppel, knirps, giant
- exprese pod vlivem produktů maternálních genů
- hrubé rozdělení embrya na překrývající se oblasti
- to, že bude někde daná koncentrace nějakého maternálního genu, to ovlivní expresi určitého gap genu - kombinace obou genů mi vytvoří na embryu proužek (kaskádovité řízení)
- tyto geny mezi sebou principiálně soupeří (mRNA jsou symericky na obou koncích embrya, po oplození jsou proti sobě a navzájem se negativně ovlivňují - ,,2 válečné tábory’’ si nárokují území)
GENY PÁROVACÍHO PRAVIDLA (PAIR-RULE GENES)
- even-skipped (eve), fushi tarazu (ftz)
- exprese pod vlivem produktů gap genů (rozdělení embrya na 14 parasegmentů)
GENY POLARITY
- engrailed (en), wing (wg), hedgehog (Hh)
- exprese pod vlivem produktů pair-rule genů (polarizace parasegmentů a vznik vlastních segmentů)
Drosophila - Anterior-posteriorní polarita - Maternální geny - BICOID a NANOS gradient
- sousednictví oocytu s nutritivními buňkami předem determinuje polaritu oocytu (anteriorní pól budoucího embrya a posteriorní pól - po kontaktu s nutritivními buňkami)
- jádro oocytu migruje k folikulárním buňkám -> pomocí mRNA a proteinu GURKEN ovlivňuje folikulární buňky, které zpětně v oocytu způsobí reorganizaci mikrotubulárního skeletu -> (-) pól k budoucímu ANTERIORU a (+) pól k budoucímu POSTERIORU
- molekulární motory - dinein a kinezin (mikrotubuly)
- mRNA bicoid a nanos mají různou afinitu k daným motorovým proteinům:
-> mRNA pro bicoid - DINEIN -> anterior
-> mRNA pro nanos - KINEZIN -> posterior - VŠE před oplozením - ,,2 válečné tábory’’ bicoid a nanos v podobě mRNA
Po oplození - embryo: - mRNA bicoid pozitivně ovlivňuje translaci mRNA hunchback (↑bicoid ↑ hunchback) - vliv na anterior
- mRNA nano pozitivně ovlivňuje mRNA caudal - ovlivňují posterior
ANTERIOR: - bicoid protein negativně ovlivňuje translaci caudal (mRNA na protein) -> zkraacuje caudal polyA ocásek -> snižuje stabilitu -> degradace
POSTERIOR: - nanos protein negativně ovlivňuje translaci hunchback
Drosophila - Segmentační geny = embryonální geny
- výsledkem působení je rozdělení embrya na 14 segmentů
- každý segment je vytvořen z posteriorní části jednoho PARASEGMENTU a anteriorní části parasegmentu následujícího
- reorganizace parasegmentů na segmenty je pod vlivem ENGRAILED (en; ovlivňuje anteriorní část fragmentu) a WINGLESS (wg; ovlivňuje posteriorní část fragmentu) genových produktů
- en a wg se navzájem ovlivňují + navenek šíří své gradienty
- parasegment je dán expresí fushi tarazu a even script
- geny polarity segmentu:
- > ustanoví hranici segmentu + vytváří se OBBUNNÍ (oo|wg|en|oo) -> vytváří morfogenetické pole (na jedné straně z anterioru engrailed, na druhé z posterioru wingless)
- maximální koncentrace na koncích, minimální ve středu segmentu
Drosophila - homeotické geny - 2 komplexy, co to je, co mají na starost, čím jsou řízeny, mutace
- komplex Antennapedia, komplex Bithorax
- interakce s produkty gap genů, pair-rule genů a genů polarity segmentů (konečná diferenciace jednotlivých segmentů)
- mají na starost hlavu a končetiny
- ovlivňují diferenciaci vytvořených segmentů
- jejich exprese je řízena segmentačními (embryonálními) geny
- tvoří dva komplexy na chromozomu 3:
-> komplex ANTENNAPEDIA - řídí utváření hlavy a thoraxu
-> komplex BITHORAX - řídí utváření zadečku
-> oba komplexy tvoří tzv. HOMEOTICKÝ KOMPLEX (Hom-C)
MUTACE - mutace v genu ultrabithorax -> 2x hruď se 2 páry křídel
- mutace v genu antennapedia -> záměna tykadel za nohy
