절지 동물은 차체 축을 따라 세그먼트라고하는 공간적으로 반복되는 단위를 가지고 있으며, 이는 절지 동물 진화에서 엄격하게 보존 된 특징입니다. 이 공간적 반복의 징후는 배아에서 유전자 발현의 줄무늬로 관찰 될 수있다. 그러나 절지 동물 배아에서 줄무늬의 패턴이 어떻게 발생합니까?
과학자들은 과일 플라이 Drosophila melanogaster 에서 많은 지식을 축적했습니다. (잘 연구 된 모델 곤충), 다른 절지 동물 종에 대한 연구. 그러나 그들은 연구에 사용 된 종에 따라 위의 질문에 대한 다양한 답변이 많이 있음을 깨달았습니다.
한 가지 복잡한 인자는 유전자 발현의 줄무늬가 패턴 화 된 필드의 종-특이 적 특성이다. 과일 파리의 초기 배아에있는 필드는 세포 성으로, 모든 핵이 증가하는 모든 핵은 세포질을 공유합니다. 공간적으로 반복적 인 줄무늬는 세포막을 통한 신호 전달이 필요하지 않고, 후에 세포를 형성하여 각 핵을 둘러싼 다. 그러나 많은 절지 동물 종의 초기 배아는 별도의 세포로 구성되며 패터닝 스트라이프에서 세포막을 통한 세포 간의 의사 소통이 필요합니다. 이 유형의 배아는 외부 곤충 외부 인 것으로 생각됩니다. 그러나 이러한 세포 기반 필드에서 반복적 인 줄무늬로 이어지는 프로세스를 쫓아 갈 수있는 좋은 모델 절지 동물은 없었습니다.
.최근 작업에서 우리는이 문제에 대한 획기적인 것을 제공하여 일반적인 집 Spider parasteatoda tepidariorum 를 사용했습니다. . 거미 배아는 개발 초기 단계에서 세포 기반 필드를 가지고 있습니다 [1]. 단일 알 주머니에 수백 개의 알을 활용하여 형광성 형제 형제 배아의 큰 데이터 세트를 수집하고 분석했습니다. 이를 통해 배아 필드에서 스트라이프 패턴 개발을 재구성 할 수 있었으며, 이는 공간적으로 영양성 줄무늬를 일으키는 시간적으로 반복적 인 사건을 시각화 할 수있었습니다. 줄무늬는 헤지 호그의 발현이다 ( hh ) 과일 파리에서 원래 확인되었고 돌연변이 표현형의 이름, 즉 애벌레 표피의 고슴도치와 같은 덴티클 패턴의 이름을 따서 명명 된 유전자.
애니메이션에 대한 다음 영화를 방문하십시오 :영화 1 :https://ars.els-cdn.com/content/image/1-S2.0-S0012160617309089-mmc8.mp4movie 2 :https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s001216161730908909090mc90p4재구성 된 패턴 개발의 특징을 강조하는 것은 hH 의 다른 역학입니다. 필드의 영역에 따라 표현 (영화 1 참조). 스파이더 배아의 머리에 기여하는 현장에서 스트라이프는 파도처럼 이동 한 다음 반복적 인 분할 (영화 1의 상부 영역 참조).
결과 3 개의 줄무늬는 3 개의 헤드 세그먼트에 해당합니다. 복부 (공식적으로 Opisthosoma라고 함)에 기여하는 현장에서, HH 의 파도 표현은 순차적으로 발생하고 이동하여 공간적으로주기적인 줄무늬로 변형됩니다 (영화 2 참조). 세포 표지 실험은 이들파가 세포 집단에서 유전자 발현의 질서 진동으로 발생한다고 제안했다. 분할 및 진동은 간단한 수학적 모델의 시뮬레이션에서 종종 생성되는 반복적 인 역학의 전형적인 모드입니다. 스파이더 배아의 분할 및 진동주기는 대략 5 시간이 걸리는 것으로 추정되었습니다.
필드의 터미널 영역과 달리, 중간 영역 (4 쌍의 다리를 갖는 흉부에 기여하는)은 초기 타이밍에 동시에 공간적으로주기적인 줄무늬를 표시합니다 (영화 1의 빨간 줄무늬 참조). 이것은 세 번째 메커니즘이 작동한다는 것을 나타냅니다. 요약하면,이 연구는 유사한주기 패턴이 연속적인 세포 분야에서 다른 과정에서 발생하여 스트라이프 형성의 다양한 메커니즘을 탐색 할 수있는 새로운 플랫폼을 제공한다는 것을 보여 주었다.
.추가적인 관점에서, 필드의 총 모양은 디스크와 유사한 형태로 변경됩니다 (영화 1 참조). 이 신체 형 과정을 달성하기 위해, 세포는 세포 분열에 의해 수의 증가를 증가시키고, 집합 적으로 움직이고, 때때로 이웃 세포를 변화시킨다. 현장의 개별 세포는 변화하는 환경에 대한 유연한 반응과 반응을 만들어 행동을 조정하고 스트라이프 형성 사건을 조정해야한다고 추측 할 수 있습니다. 따라서, 우리는 스파이더 배아가 세포 행동과 패터닝 과정 사이의 관계를 연구 할 수있는 독특한 기회를 제공한다고 제안합니다. 이는 과일 파리 배아를 사용한 연구에서 만족스럽게 달성되지 않습니다.
.마지막으로, 스파이더 배아에서, HH 신호 전달 경로의 활성은 세그먼트 형성과 관련된 세포 기반 필드의 글로벌 극성을 구성하기 위해 필요하다 [2]. "HH"는 세포로부터 분비 된 확산 성 신호 전달 단백질이다. 동일한 신호 전달 경로를 사용한 세포 간 통신은 사지 골격 패턴과 같은 척추 동물 조직에서 공간적으로 반복적 인 패턴을 만드는 것으로 기능하는 것으로 알려져있다. 그러나 척추 동물의 조직 장에는 거미 배아에 비해 복잡한 조직이 있습니다. 거미 배아의 기하학적 단순성은 기본 연구를 위해이 동물을 사용하기위한 중요한 매력적인 요소입니다. 종 p. Tepidariorum 고요하고 실험실에서 번식하기 쉽습니다. 그것의 게놈은 서열화되었으며 [3],이 동물의 가치는 과학자들 사이에서 점점 더 높이 평가되고있다.
이러한 결과는 최근에 발표 된 축 형성 및 성장을 거친 절지 동물 세포 기반 분야에서 스트라이프 형성 과정의 다양성에 대한 정량적 연구라는 제목의 기사에 설명되어 있으며, 저널 발달 생물학 . . 이 작업은 JT Biohistory Research Hall, Osaka Medical College의 Yasuko Akiyama-Oda 및 Osaka University의 Koichi Fujimoto의 Natsuki Hemmi와 Hiroki Oda에 의해 수행되었습니다.
.참조 :
- Kanayama, M., Akiyama-Oda, Y. 및 Oda, H. (2010). 스파이더에서의 초기 배아 발달
:미세 주사는 셀룰러화가 폭발 단계 전에 완료되었음을 확인합니다. Arthropod struct dev 39 , 436-445. doi :10.1016/j.asd.2010.05.009. - Akiyama-Oda, Y. 및 Oda, H. (2010). 배측 축을 오리엔테이션하는 세포 이동은 초기 스파이더 배아에서 고슴도치 신호에 의해 매개되는 전후 패터닝과 조정된다. 개발 <137 , 1263-273. doi :10.1242/dev.045625.
- Schwager, E.E., Sharma, P.P., Clarke, T., Leite, D.J., Wierschin, T., Pechmann, M., Akiyama-Oda, Y., Esposito, L., Bechsgaard, J., et al. (2017). 하우스 스파이더 게놈은 거미류 진화 동안 고대 전체 게놈 복제를 보여줍니다. BMC Biol 15 , 62. doi :10.1186/s12915-017-0399-x.
- 축 형성 및 성장을 겪고있는 절지 동물 세포 기반 분야에서 스트라이프 형성 과정의 다양성에 대한 정량적 연구. Natsuki Hemmi, Yasuko Akiyama-Oda, Fujimoto Koichi 및 Hiroki Oda. 발달 생물학 437 (2018) 84-104 DOI :10.1016/j.ydbio.2018.03.001 URL :https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/s001216017309089
