研究人员发现扩散在果蝇胚胎中起着不寻常的信号传递作用
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北卡罗莱纳州立大学的研究人员发现，在胚胎发育的早期阶段，扩散在细胞分化中起着意想不到的作用果蝇，或果蝇。人们发现，分子信号不是扩散出去的，而是通过载体分子的扩散，实际上把信号集中在一个地方。这种“促进扩散”机制以前在其他系统中也发现过，而新的发现表明，它可能比之前认为的更广泛。
的发展果蝇发生得很快，从受精到幼虫从卵中出来只需要24小时。在这项研究中，研究人员专注于从第二个小时开始到第三个小时结束的两个小时的发育窗口。在这个阶段开始时，胚胎由一个大细胞组成，蛋黄周围约有500个细胞核。到第三个小时结束时，胚胎由大约8000个有核细胞组成——仍然围绕在蛋黄周围。
“这8000个细胞开始分化——一些变成了神经元，而另一些将成为皮肤细胞，等等，”北卡罗来纳州化学和生物分子工程助理教授格雷格·里夫斯(Greg Reeves)说，他也是一篇有关这项工作的论文的通讯作者。“我们研究的是发育中的胚胎如何向所有这些细胞发送信号，以便它们知道如何分化。”
在发育的早期阶段，胚胎向细胞传递信号的两个梯度基本上是纵向和纵向的。两种信号的结合告诉细胞它们将发育成什么样子。本文讨论的是背侧梯度信号，它是一种转录因子。转录因子是一种与细胞核中的DNA结合并调节基因表达的蛋白质。由于这一发育阶段的细胞核没有被细胞壁隔开，这些背侧蛋白可以沿着胚胎的外围很容易地从一个地方移动到另一个地方。
但这些背侧蛋白被一种叫做Cactus的抑制蛋白保持不活跃，这种抑制蛋白与背侧蛋白结合，形成一个不能进入细胞核的背侧仙人掌复合体。
为了完成它们的工作，背侧蛋白依赖于Toll蛋白，后者触发了一个最终降解仙人掌的级联反应——释放背侧蛋白进入细胞核并与DNA结合。反过来，Toll蛋白只在胚胎的腹侧开始发挥作用。
长期以来，这种描述一直是对这一过程如何工作的解释，但里夫斯和他的团队现在表明，还有更多的原因。
在这种情况下，研究人员发现扩散发挥了关键作用，但不一定是他们预期的作用。
“通常，信号从一个地方开始，然后扩散，形成梯度，”里夫斯解释说。“这里发生的事情本质上与之相反。”
具体来说，当Toll降解仙人掌时，允许背侧进入细胞核，这就造成了一种不平衡:胚胎的一边比另一边有更多的背侧-仙人掌复合体。这导致额外的背-仙人掌复合体迁移到腹侧-通过扩散-试图恢复平衡。
“这个过程的净效应是，更多的背侧沉积在腹侧，”里夫斯说。“Cactus不仅是一种抑制剂，就像我们之前认为的那样，它还是一种载体。
“这种促进扩散机制的优点是它有效地放大来自背侧蛋白的信号，”Reeves说。
在缺少背侧蛋白的胚胎中，该机制也将背侧蛋白集中在最重要的区域，从而增加胚胎存活的可能性。
“这种扩散机制以前在青蛙和其他独立系统中发现过，”里夫斯说。“所以在这里的发现表明，它可能比我们想象的更普遍。”如果它在自然界中普遍存在，这可能意味着一种效率，可以为药物输送等应用技术的发展提供信息。这将是一个很长的路要走，但它值得研究。”
纸”,促进扩散机制建立了果蝇背梯度发表在杂志上发展．这项研究的主要作者是索菲亚·卡雷尔(Sophia Carrell)和迈克尔·奥康奈尔(Michael O 'Connell)，他们曾在北卡罗来纳州攻读博士学位。合著者包括北卡罗来纳州立大学博士生托马斯·雅各布森;艾米·波默罗伊和斯蒂芬妮·海斯，前北卡罗来纳州立大学本科生;和里夫斯。这项工作得到了美国国家科学基金会(CBET-1254344)和美国教育部(P200A100004、P200A140020和P200A120047)的支持。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
“一种促进扩散机制建立了果蝇背梯度”
作者: Sophia N. Carrell, Michael D. O 'Connell, Thomas Jacobsen, Amy E. Pomeroy, Stephanie M. Hayes和Gregory T. Reeves，北卡罗莱纳州立大学
发表: 11月2日,发展
DOI: 10.1242 / dev.155549
文摘:转录因子NF-ϰB在免疫系统、细胞凋亡和炎症中发挥着重要作用。背,果蝇NF-ϰB的同源基因在胚皮胚胎的背-腹轴上分布。在这个阶段，背侧被IϰB同源仙人掌隔离在细胞核外。腹侧的Toll信号破坏背侧/仙人掌复合体，允许背侧进入细胞核来调节靶基因。荧光资料显示，背侧细胞聚集在合胞胚的腹侧。在这里，我们使用建模和实验来表明，这种积累是由于促进扩散，或穿梭，背/仙人掌复合体。我们还表明，活跃的Toll受体限制在野生型胚胎中，这是解释整体背侧梯度形成的关键因素。我们的研究结果表明，对于背侧水平受损的母亲的胚胎来说，穿梭是必要的。因此，仙人掌不仅具有调节背核输入的主要作用，还具有穿梭的次要作用。鉴于在其他独立的系统中也发现了这种机制，我们认为它可能比以前认为的更普遍。
