От матери к зиготическому переходу - Maternal to zygotic transition

От матери к зиготическому переходу (МЗТ, также известный как Активация эмбрионального генома) - этап в эмбриональное развитие во время которого разработка находится под исключительным контролем зиготический геном а не материнский (яичный) геном. Яйцо содержит сохраненный материнский генетический материал мРНК который контролирует развитие эмбриона до начала MZT. После МЗТ диплоидный эмбрион берет на себя генетический контроль.[1]Это требует обоих зиготический геном активация (ZGA) и деградация материнских продуктов. Этот процесс важен, потому что это первый раз, когда новый эмбрион геном используется, а отцовский и материнский геномы используются в комбинации (т. е. разные аллели будет выразил ). Зиготический геном теперь управляет развитием эмбриона.

MZT часто считается синонимом перехода в среднюю бластулу (MBT), но на самом деле эти процессы различны.[2] Однако ОБТ во многих отношениях примерно совпадает с ЗГА. многоклеточные животные,[3] и, таким образом, могут иметь некоторые общие нормативные особенности. Например, оба процесса предлагается регулировать нуклеоцитоплазматическое соотношение.[4][5] ОБТ строго относится к изменениям в клеточный цикл и подвижность клеток которые происходят незадолго до гаструляция.[2][3] Рано расщепление этапы эмбриогенез, быстрые деления происходят синхронно, и в клеточный цикл.[2] На этих этапах также практически нет транскрипция из мРНК от зиготический геном,[4] но для возникновения MBT не требуется зиготическая транскрипция.[2] Клеточные функции во время раннего расщепления выполняются в основном материнскими продуктами - белки и мРНК внесла вклад в яйцо во время оогенез.

Активация зиготического генома

Обобщенная диаграмма, показывающая уровни материнской и зиготической мРНК в ходе эмбриогенеза. Переход от матери к зиготу (MZT) - это период, в течение которого активируются зиготические гены и очищаются материнские транскрипты. По Шиеру (2007).

Начать транскрипция из зиготический гены, то эмбрион должен сначала преодолеть заглушить что было установлено. Причина этого заглушить может быть связано с несколькими факторами: хроматин модификации ведущие к репрессиям, отсутствие адекватных транскрипция машины, или нехватка времени, в течение которого транскрипция может возникнуть из-за укороченных клеточных циклов.[6] Доказательства первого метода были предоставлены экспериментами Ньюпорта и Киршнера, показавшими, что нуклеоцитоплазматическое соотношение играет роль в активации зиготический транскрипция.[4][7] Они предполагают, что определенное количество репрессора упаковано в яйцо и что экспоненциальное усиление ДНК на каждом клеточный цикл приводит к титрованию репрессора в нужное время. Действительно, в Xenopus эмбрионы в каком избытке ДНК вводится, транскрипция начинается раньше.[4][7] Совсем недавно было показано, что транскрипция подмножества генов в Дрозофила задерживается на один клеточный цикл в гаплоидный эмбрионы.[8] Второй механизм репрессии также исследовался экспериментально. Prioleau et al. показать это, введя Связывающий белок ТАТА (TBP) в Xenopus В ооцитах блок транскрипции может быть частично преодолен.[9] Гипотеза, сократившая клеточные циклы может вызвать подавление транскрипция подтверждается наблюдением, что митоз вызывает прекращение транскрипции.[10] Общепринятым механизмом инициации регуляторных сетей эмбриональных генов у млекопитающих является наличие множественных волн MZT. У мышей первый из них возникает в зиготе, где экспрессия нескольких новаторских факторы транскрипции постепенно увеличивает экспрессию нижестоящих генов-мишеней. Эта индукция генов приводит ко второму крупному событию MZT. [11]

Очистка материнских транскриптов

Чтобы исключить вклад материнской ген продукты для разработки, поставленные матери мРНК должен быть деградирован в эмбрион. Исследования в Дрозофила показали, что последовательности в 3 'UTR материнских транскриптов опосредуют их деградацию[12] Эти последовательности распознаются регуляторными белки которые вызывают дестабилизацию или деградацию транскриптов. Недавние исследования в обоих данио и Xenopus нашли доказательства роли микроРНК в деградации материнских транскриптов. В данио, то микроРНК miR-430 экспрессируется в начале зиготический транскрипция и нацелена на несколько сотен мРНК за деаденилирование и деградация. Многие из этих целей гены которые выражаются по-матерински.[13] Аналогичным образом в Xenopus, МиР-430 ортолог miR-427 нацелен на материнское мРНК за деаденилирование. В частности, мишени miR-427 включают клеточный цикл регуляторы, такие как Циклин А1 и Циклин B2.[14]

Рекомендации

  1. ^ Ли, Миллер Т .; Bonneau, Ashley R .; Takacs, Carter M .; Баззини, Ариэль А .; Дивито, Кейт Р .; Флеминг, Элизабет С .; Хиральдес, Антонио Дж. (2013). «Nanog, Pou5f1 и SoxB1 активируют экспрессию зиготического гена во время перехода от матери к зиготу». Природа. 503 (7476): 360–364. Дои:10.1038 / природа12632. ЧВК  3925760. PMID  24056933.
  2. ^ а б c d Бару С., Отран Д., Гиллмор С.С. и др. (2008). «Переход от матери к зиготическому у животных и растений». Колд Спринг Харб Симп Квант Биол. 73: 89–100. Дои:10.1101 / sqb.2008.73.053. PMID  19204068.
  3. ^ а б Тадрос В., Липшиц HD (2009). «Переход от матери к зиготическому: пьеса в двух действиях». Разработка. 136 (18): 3033–42. Дои:10.1242 / dev.033183. PMID  19700615.
  4. ^ а б c d Ньюпорт Дж, Киршнер М (1982). "Важный сдвиг в развитии на раннем этапе Xenopus эмбрионы: I. характеристика и время клеточных изменений на стадии средней бластулы ». Клетка. 30 (3): 675–86. Дои:10.1016/0092-8674(82)90272-0. PMID  6183003.
  5. ^ Притчард Д.К., Шубигер Г. (1996). «Активация транскрипции в Дрозофила эмбрионы - это постепенный процесс, опосредованный соотношением нуклеоцитоплазмы ». Genes Dev. 10 (9): 1131–42. Дои:10.1101 / gad.10.9.1131. PMID  8654928.
  6. ^ Шир А.Ф. (2007). «Материнско-зиготный переход: смерть и рождение РНК». Наука. 316 (5823): 406–7. Bibcode:2007Научный ... 316..406S. Дои:10.1126 / наука.1140693. PMID  17446392.
  7. ^ а б Ньюпорт Дж, Киршнер М (1982). "Важный переход в развитии на раннем этапе Xenopus эмбрионы: II. контроль начала транскрипции ». Клетка. 30 (3): 687–96. Дои:10.1016/0092-8674(82)90273-2. PMID  7139712.
  8. ^ Лю X, Ли JM, Elemento O, Tavazoie S, Wieschaus EF (2009). "Сочетание зиготической транскрипции с митотическим контролем на Дрозофила переход к середине бластулы ». Разработка. 136 (12): 2101–2110. Дои:10.1242 / dev.034421. ЧВК  2685728. PMID  19465600.
  9. ^ Prioleau MN, Huet J, Sentenac A, Mechali M (1994). «Конкуренция между сборкой хроматина и транскрипционного комплекса регулирует экспрессию генов на раннем этапе развития». Клетка. 77 (3): 439–49. Дои:10.1016/0092-8674(94)90158-9. PMID  8181062.
  10. ^ Шермоен А.В., О'Фаррелл PH (1991). «Прогресс клеточного цикла через митоз приводит к прерыванию возникающих транскриптов». Клетка. 67 (2): 303–10. Дои:10.1016 / 0092-8674 (91) 90182-Х. ЧВК  2755073. PMID  1680567.
  11. ^ Сюэ, Чжиган; Хуанг, Кевин; Цай, Чаочао; Цай, Лингбо; Цзян, Чунь-янь; Фэн, Юнь; Лю, Чжэньшань; Цзэн, Цяо; Ченг, Лиминг; Sun, Yi E .; Лю, Цзя-инь; Хорват, Стив; Фан, Гопин (2013). «Генетические программы ранних эмбрионов человека и мыши, выявленные с помощью секвенирования одноклеточной РНК». Природа. 500 (7464): 593–597. Bibcode:2013Натура.500..593X. Дои:10.1038 / природа12364. ЧВК  4950944. PMID  23892778.
  12. ^ Тадрос В., Липшиц HD (2005). «Создание условий для развития: трансляция и стабильность мРНК во время созревания оокцитов и активации яиц в Дрозофила". Дев Дин. 232 (3): 593–608. Дои:10.1002 / dvdy.20297. PMID  15704150.
  13. ^ Гиралдес А.Дж., Мисима И., Рихель Дж., Грокок Р.Дж., Ван Донген С., Иноуэ К., Энрайт А.Дж., Шир А.Ф. (2006). «Рыбка данио miR-430 способствует деаденилированию и удалению материнской мРНК». Наука. 312 (5770): 75–9. Bibcode:2006Научный ... 312 ... 75G. Дои:10.1126 / science.1122689. PMID  16484454.
  14. ^ Лунд Э, Лю М., Хартли Р.С., Листы MD, Дальберг Дж. Э. (2009). «Деаденилирование материнской мРНК, опосредованное miR-427 в Xenopus laevis эмбрионы ". РНК. 15 (12): 2351–63. Дои:10.1261 / rna.1882009. ЧВК  2779678. PMID  19854872.