华东理工大学-过程分子生物学.ppt

1、过程分子生物学，5，2，3，4，1，6，基因表达和调控，细胞通讯的分子机制，免疫多样性的分子识别，胚胎发育的基因表达频谱，肿瘤发生的分子机制，基因组学和系统生物学，胚胎发育的基因表达频谱，哺乳动物发育因此，发育分子生物学家通常选择发育快、简单的发育系统作为研究模式牙齿动物发育的基本特征是胚胎发育在离子状态下完成，发育周期短，通常在几天内完成。科学家们希望牙齿模型发现的发育调节基因和机制有助于理解哺乳动物的发育。已经知道所有动物发育的分子机制相同或相似。胚胎发育的基因表达频谱，在动物发育的经典研究模式中，果蝇发育研究最为成熟。另一方面，因为果蝇的经典遗传学始于上世纪初。另一方面，果蝇的基因分子生

2、物学从20世纪80年代初开始就取得了长足的发展，这为发育中的分子生物学研究提供了坚实的基础。本讲座将重点论述果蝇发育的分子生物学原理。胚胎发育的基因表达频谱，E，B，C，D，A，果蝇发育的基本模式，母体基因的表达，体节形成基因的表达，李炜同型基因的表达，李炜同型方块的普遍意义，4A果蝇发育的基本模式，果蝇发育可分为四个阶段：初级减数分裂和4护士细胞细胞质中的物质，包括RNA和蛋白质在内的物质，可以通过细胞质桥进入卵母细胞。牙齿物质的积累构成了成熟卵细胞的主要内容物。细胞质桥位于卵母细胞的一端，后来成为卵母细胞的生成，儿子的电极。果蝇的卵泡结构，4A果蝇发育的基本模式，成熟卵子受精后成为双核受精

3、卵细胞，即合子。b胚胎的生成，果蝇合子的发育，受精90分钟后进行了8次核裂变。核裂变在公共细胞质中进行，末端极性细长，细胞质的核变成整个成细胞。受精150分钟后，形成多核囊胚，将细胞核迁移到细胞周围，4次继续分裂，形成多核，囊胚层。受精195分钟后形成细胞膜层，形成包围细胞核的膜，构成约6000个细胞组成的单细胞层(体细胞)。牙齿细胞核的位置决定了它们将来发育的细胞类型。4A果蝇发育的基本模型，果蝇体节形成的模式由细胞膜层决定。果蝇幼虫共有三个胸部体节(T)和八个腹部体节(A)，每个C体节的生成，个体节分为两个区域：前戏区(A)和后戏区(P)。果蝇副体节的形成，细胞囊胞层继续发育，逐渐形成一系

4、列分离的特定空间，空间内质量大，空间和空间的交界质量小，牙齿空间称为副体节。副体节是分子水平的胚胎发育结构，肉眼无法分辨。果蝇的体节形成，胚胎发育5 6小时后，表面的狭窄凹槽形成。胚胎9小时表面的沟纹移动和加深，被称为肉眼可识别的幼虫形态的沟，槽，体节，此时体节形成。4A果蝇发育的基本模式，果蝇的器官发育由体节决定。幼虫体表面的体节保留在圣苍蝇体中，但已发展成其他器官，其中胸部由三个节、腹部、D器官的生成和财富8个节组成。，4A果蝇发育的基本模式，从卵母细胞形成到性苍蝇的一系列发育，基因是如何起作用的？最近几年的研究结果表明，负责果蝇发育的基因可以分为以下三个茄子主要部分：母体基因在卵子生成过

5、程中起作用，体节生成基因在受精后表达，体节形成的数量和极性，影响李炜同型基因控制体节的性质，但体节的大小、数量、颈部、极性所有母体基因的共同特征是它们都在受精前(至少是转录)表达，其中一些表达产物在表达后起作用，有些暂时储存。母体基因产物作用于卵子，但大部分产物是在卵母细胞以外合成的。4B母体基因的表达，卵子的成熟是护士细胞向卵母细胞传递大量RNA和蛋白质的过程。牙齿物质进入卵母细胞后，通过扩散作用在细胞前后上下扩散，但其浓度不均匀，在细胞质内形成两个方向的浓度梯度(轴向阶梯，A卵细胞内的轴向梯度，度):前后轴型梯度和腹背型梯度。果蝇卵细胞内轴型梯度形成，受精后大量蛋白质的合成使轴型梯度更加明

6、显，但此时牙齿浓度梯度仍然是溶液型。受精卵的核多次经历核裂变，开始向接合膜周围移动，参考前后倾斜和等倾角的正交坐标系，准确定位。(约翰肯尼迪，美国电视电视剧，受精卵)这种有序的位置决定了牙齿细胞核最终发展成什么样的细胞和器官。4B母体基因的表达，轴型梯度的物质基础是RNA和蛋白质。编码的基因大部分由果蝇携带，并在母体体内表达，因此被称为母体基因。表达区域的否，B控制轴型梯度形成的母体基因，母体基因可分为两个茄子主要类别。母细胞基因在卵巢的囊胞细胞中表达，母细胞基因在护士细胞或卵母细胞中表达，4B母体基因的表达现在鉴定了与胚胎发育相关的四组母体基因。每个基因组构成反映它们作用顺序的顺序组织，并分

7、别控制胚胎其他区域的发育。称为母体基因依赖，B控制轴型梯度形成的母体基因，你的茄子发育路径。牙齿四茄子路径具有一个茄子共同的特征。也就是说，路径的开始是卵子细胞外的物质位置，从而导致卵子细胞内的信号位置。这种信号的表达是蛋白质的不对称分布，根据浓度变化决定周围地区发育结构的蛋白质称为整形所。在每条路径上，整形所作为转录调控因子，牙齿四个茄子路径中的三个是控制前后极发育，一个与配腹轴形成有关。受精卵结合者的相关基因使其表达控制下一个发育基因的转录调控因子。果蝇的电极系统，电极系统负责头部和胸部的发育。牙齿途径的母细胞基因表达产物是bcd(双球菌)基因产物，对卵细胞前极的位置至关重要。Bcd基因的

8、mRNA在护士细胞中转录后被运到卵母细胞表达。Bcd蛋白是控制合子中脊椎后凸基因hun(hunchbanck)和其他相关基因表达的整形牛和转录调控因子。果蝇的后极系统，后极系统负责腹部的发育。在牙齿途径中，许多母体性细胞基因表达产物将NANOS基因产物定位在卵子的后部。Nan基因产物也是hun mRNA抑制受精卵后极地区翻译，切断该地区的前向路径，开始后极系统基因表达的整形所。果蝇的末端系统，末端系统，在细胞两端的非体节的特殊结构(如头的头节和尾节)上起发育作用。牙齿系统依赖于母细胞(囊胞细胞)中基因torso的表达。牙齿基因编码卵母细胞的Torso受体。母体细胞的其他基因表达产物通过卵母细胞

9、的toso受体进入卵母细胞，激活卵子内相关基因的表达。受精后，牙齿基因的表达产物又导致合子中相关基因的表达。也就是说，母体细胞基因产物影响母体细胞基因产物的表。果蝇背部腹部系统，背部腹部系统负责背部腹部位置的结构开发。牙齿途径开始时，囊型卵泡细胞的信号分子(母体细胞基因编码产物)传递到卵子细胞的腹部边缘，通过母体细胞基因toll编码的受体将信号分子传递到卵细胞内。激活dor(dorsal)基因编码的转录调控因子控制着受精卵结合者的相关基因表达。与胚胎发育模式相关的约30个母体基因已经确认。四个茄子途径中的前两个茄子途径直接由母细胞(护士细胞和卵母细胞)基因表达产物开始，牙齿开始产物通过胞质桥直

10、接进入卵子。后两种茄子途径由母体细胞(囊胞细胞)基因表达产物开始，牙齿开始产物通过卵子细胞表面受体Torso和Toll向细胞内传输信号。所有母体基因的普遍特征是，在修改前已经表达了(至少已经，转录)，但其中的一些表达产物暂时储存也没有用。4B母体基因的表达，c BCD基因的表达和功能，卵母细胞和受精卵细胞物质含量的不对称(非均匀)，是发育个体复杂结构的基础。要在卵细胞中建立这种不对称，不是均匀地扩散到细胞质中，而是需要一些RNA或蛋白质成分的局部化位置。例如，在果蝇的电极发育过程中，某些基因的mRNA固定在电极区，当牙齿mRNA被翻译时，其蛋白质产物在卵细胞的电极固定端点扩散，沿前后极轴形成浓

11、度梯度。Bcd基因的产物是电极、系统发育构图形成的成型所。BCD基因表现产物浓度梯度的建立，BCD基因在护士细胞中转录，其mRNA通过细胞质桥进入卵母细胞内，固定在卵母细胞的前端。牙齿mRNA的翻译是经过修改后翻译的Bcd蛋白沿着合子的前后轴扩散。核分裂7次后形成Bcd浓度梯度，牙齿浓度梯度稳定到细胞囊胞层的形成，浓度梯度符合自然对数律，即c=A e-Bd。与Bcd浓度梯度一起建立的基因产物为Swa，Exu，Sta，都是母细胞基因表达的产物，bcd-mRNA参与卵母细胞的运输或限制扩散，其分子机制与bcd-mRNA的3段非编码区和序列特异性结合。Bcd基因表达产物浓度梯度功能，BCD基因表达产

12、物的浓度决定了胚胎电极发育结构的位置，因此被称为整形所。也就是说，胚胎电极部分的细胞发育类型是由牙齿细胞所在位置附近的Bcd蛋白浓度决定的。浓度梯度较弱的话，全极化体截留体可能发展为更为后极性的特征。较强的浓度梯度将使胚胎的电极型结构延伸得更远。Bcd浓度梯度被破坏后，腹部结构生长在胸部位置，或者幼虫只有头部和胸部，没有腹部。Bcd基因表现产物浓度梯度功能，Bcd蛋白是一种序列特异性DNA结合蛋白，与相应目标基因的子区域相结合，可以调节转录。牙齿目标基因的表达产物进一步控制另一个基因的表达，形成级联反应。Bcd控制的几个茄子目标基因中，最重要的是脊椎后遗症基因hun。Hun基因的高效转录是Bc

13、d产物浓度依赖型。也就是说，只有Bcd蛋白的浓度超过特定阈值，才能启动高效转录。在这里，浓度梯度成为基因表达的开关。这是分子生物学领域从羊变成阴道的典型例子。Bcd诱导hun基因的高效表达后，hun基因产物又引起了一系列基因表达或抑制的级联反应，最终结果是胚胎电极结构的形成。，4B母体基因的表达，d nan基因的表达和功能，nan基因的表达产物介导果蝇后极发育模式的形成。后极发育依赖于巨大基因组的表达。如果这些基因中的任何一个突变，胚胎就会有正常的头和胸，但缺乏完整的腹部结构。这些基因表达产物中的一些与从护士细胞向卵细胞的物质运输有关，另一些与卵细胞内物质的运输和定位有关。nan基因表达产物浓

14、度梯度的建立，果蝇胚胎后极系统的发育需要更多基因的顺序表达。与电极系统一样，nan基因也是在护士细胞中转录的。Nan-mRNA从护士细胞通过细胞质桥进入卵母细胞，通过卵母细胞，定位在后极点，然后在后极进行翻译。Nan蛋白沿着前后极轴从后到前形成浓度梯度。Nan的位置和表达至少需要8个基因库，物的协同作用。nan基因表达产物浓度梯度的建立，后极系统作为一系列基因表达产物的区域化定位工作。其中spire和cappu两个基因的功能是将Staufen蛋白固定在卵细胞的后极端点。Staufen蛋白依次固定oskar-mRNA(可以形成RNA-蛋白复合物)。这些功能是固定Vasa所必需的。Vasa是RNA

15、结合蛋白，下游靶物质尚不清楚。事实上，valois和Tudor两个基因的功能也不得而知。、cappuccino、spire、staufen、oskar、vasa、valois、Tudor、nanos，nan基因表达产物浓度梯度的建立，在后极路径上以图多尔为分叉，形成两个茄子不同的分叉路径：一个茄子整形所用nan基因产物控制腹部发育，因此Nan被称为后极结晶因子。另一种是未知的蛋白质，控制生殖器官的发育。除了nan和pumilio之外，所有后极系统的基因都需要在两个茄子分支路径上，nan和pumilio的基因是为了腹部发育。、cappuccino、spire、staufen、oskar、vasa

16、、valois、Tudor、nanos，nan基因表达产物浓度梯度功能，Nan蛋白是hun-mRNA翻译的抑制剂，通过抑制hun蛋白的翻译，阻止与电极发育相关的基因表达。牙齿抑制作用与Bcd在HUN基因上，促进转录一样，是浓度依赖型。Bcd和Nan都作用于hun基因的表达，Bcd浓度梯度的高值在电极区促进hun基因的转录。Nan浓度梯度的较高值在后极区域被阻止，是hun-mRNA的翻译。Nan基因表现产物控制后极结构发育的分子机制，Bcd蛋白和Nan蛋白都作用于hun基因的表达。Hun基因是电极结构(胸部)形成所需的转录抑制因子，对多极结构的发育没有必要。hun基因的表达特性相当复杂，在卵子生成过程中转录，其mRNA均匀分布在卵细胞质上。修改后，分子布局将更改为两种茄子形式。Bcd蛋白浓度梯度在电极区激活hun-mRNA的大规模合成。Nan蛋白阻止了hun-mRNA在后极区的翻译，结果mRNA的降解。总体效果是：前半个地区hun-mRNA水平增长。同时，hun-mRNA消失在后极