果蝇体轴形成的分子机制羊膜类鸡和小鼠体轴形成的分子机制

1、果蝇体轴形成的分子机制羊膜类(鸡和小鼠)体轴形成的分子机制201300140009生科13.2程联超果蝇体轴形成分子机制1胚胎极性一定浓度特异性母源效应基因的RNA和蛋白质沿前-后轴和背-腹轴的不同区域分布，激活胚胎基因组的程序。其中3组与前后轴决定有关，分别叫做前端系统(anteriorsystem)决定头胸部分分节区域，后端系统(posteriorsystem)决定分节的腹部，末端系统(terminalsystem)决定胚胎两端的原头区和尾节。另一组基因决定胚胎背-腹轴。果蝇前-后、背-腹极性均来源于其卵子的极性。卵子发生中，迁移进卵子的母源效应基因mRNA，及其受精后翻译产物蛋白质不均匀

2、分布与卵子极性密切相关。2前-后轴建立有4种比较重要的形态发生素，Bicoid(BCD)和Hunchback(HB)调节胚胎前端结构形成；Nanos(NOS)和Caudal(CDL)调节胚胎后端结构形成。形态发生素最先表达的合子基因是缺口基因(gapgenes)。其表达去呈带状，带宽大约2个体节宽度。缺口基因翻译的蛋白以其浓度效应调控成对控制基因(pair-rulegenes)的表达。成对控制基因翻译的蛋白可以激活体节极性基因(segmentpolaritygenes)的转录。体节极性基因产物将胚胎分为14个体节。同时缺口基因和成对控制基因以及体节极性基因与同源异型框(homeobox)基因之

3、间的相互作用调节同源异型基因表达，决定每个体节发育命运。2.1前端组织中心：BCD蛋白浓度梯度前端系统至少有4个主要基因，其中bicoid(bcd)基因起关键作用。该母源效应基因在滋养细胞中转录，再转运到卵子中并定位于卵子前极。受精后迅速翻译，BCD决定胚胎极性和组织空间图式。受精后BCD蛋白形成浓度梯度，主要覆盖前段23区域。缺口基因hunchback(hb)是其靶基因之一，控制胚胎胸部及头部部分结构发育。hb在和合胞体胚盘阶段翻译，表达区域主要位于胚胎前部。2.2后端组织中心：Nanos蛋白和Caudal蛋白浓度梯度NOS蛋白类似于BCD的合成转运，但是在成熟卵中定位于生殖质。主要抑制hb

4、mRNA的翻译，通过抑制转录因子HB的翻译调控缺口基因knirps和giant表达。hbmRNA在卵中均匀分布，后端抑制从而主要在前段表达。Caudal(cdl)mRNA最初也是均匀分布于卵质中，BCD抑制cdlmRNA翻译，从而CDL蛋白从后到前浓度降低。2.3末端系统：Torso信号途径末端系统大概包括9个母源效应基因。该系统基因缺失导致胚胎不分节的部分缺失，即前端原头区和后端尾节的丢失。其中起作用的是torso(tor)基因。tor基因编码一种跨膜酪氨酸激酶受体(RTK)。TOR蛋白在整个合胞体胚胎表面表达，其NH2端位于膜外，COOH端位于膜内。胚胎前后端细胞外存在某种信号分子(配体)

5、时可使TOR特异性活化，最终导致胚胎前后末端细胞命运的特化。卵子发生中，tsl在两组特异性滤泡细胞中表达，当其被分泌到卵子两极围卵隙之中，通过与卵黄膜结合而维持在两极，直到TOR蛋白表达TSL才被释放。由于过量的TOR，TSL不会扩散到末端区以外。TOR与配体结合导致其自我磷酸化，经过一系列信号传递，最终激活合子靶基因表达。3背-腹轴形成3.1背腹轴dosol（dl）等基因突变导致胚胎背部化，cactus基因突变导致腹部化。背腹轴作用方式与末端系统相似，通过局部分布的信号分子，即定位于卵子腹侧卵黄膜上的配体激活分布于腹侧卵子质膜上的受体，进而调节合子基因表达。该系统调节合子基因类似于前端系统，

6、通过转录因子浓度梯度实现。dl基因编码的转录因子是该途径最后环节。dlmRNA和DL蛋白均匀分布在卵子中，胚胎第9次细胞核分裂之后，细胞核迁移到合胞体胚盘外周皮质层，腹侧DL蛋白开始向核内聚集，但是背侧DL蛋白仍旧留在胞质中。cactus编码蛋白结合DL时已知DL进入细胞核，从而通过浓度梯度作用于下游靶基因调控背腹轴产生区域特异性位置信息。toll基因在该系统中具有极其重要作用。Toll蛋白结合一些母源效应基因产物，降解Cactus，释放DL进入细胞核。3.2滤泡细胞极性产生grk、top、cni突变产生腹部化胚胎。fs（1）k1O、sqd、spir、capu失活产生背部化胚胎。其中top来源

7、于体细胞，在滤泡细胞中表达，其余在滤泡细胞中表达。卵子后端GRK合成，与邻近细胞TOP受体结合，使滤泡细胞特化为后极滤泡细胞。羊膜类（鸡和小鼠）体轴形成分子机制鸡体轴在原肠胚形成过程中完成，背腹轴极性特化开始于卵裂期，其标志是囊胚期上下胚层分化。上胚层外表面向着清蛋白的一面，预定胚胎内侧；面向胚下腔的一面预定胚胎腹侧。前后轴特化与重力和输卵管内的旋转密切相关。胚盘举起区域预定后端边缘区，也就是远眺开始形成的位置和胚胎后端，而原条延伸方向指向胚胎前段。鸡胚左右侧主要是两种蛋白调控，旁分泌因子Nodal和转录因子Pitx2。具体调控过程如下图所示。侧板中胚层图门.19鸡胚左_右侧分化机制（自Rod

8、riguezEstebanetal,1999)小鼠胚胎发育第5.5d，前端一团特异性表达hex基因的AVE（anteriorvisceralendoderm）细胞，从远端向近端迁移。AVE细胞所在位置为前端。胚胎发育第6.5d,AVE反侧形成原条。哺乳动物胚胎前后轴形成受到位于原条前端的原节（组织者）和位于前段内脏内胚层（AVE）的调节。原节能够产生Chordin和Noggin,ACE表达几种头部形成必需基因（Hesx-1、Lim-1、Otx-2、Cerberus）。这些基因其中一种突变纯合子小鼠缺乏前脑，基因敲除chordin和noggin的小鼠缺乏前脑、鼻、面部结构。此外胚外组织对胚胎前后、背腹轴建立具有重要作用。定位于上胚层中的TGF0家族Nodal相关蛋白可作用于胚外组织诱导其正