1、過程分子生物學(xué)，5，2，3，4，1，6，基因表達(dá)和調(diào)控，細(xì)胞通訊的分子機(jī)制，免疫多樣性的分子識(shí)別，胚胎發(fā)育的基因表達(dá)頻譜，腫瘤發(fā)生的分子機(jī)制，基因組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)，胚胎發(fā)育的基因表達(dá)頻譜，哺乳動(dòng)物發(fā)育因此，發(fā)育分子生物學(xué)家通常選擇發(fā)育快、簡單的發(fā)育系統(tǒng)作為研究模式牙齒動(dòng)物發(fā)育的基本特征是胚胎發(fā)育在離子狀態(tài)下完成，發(fā)育周期短，通常在幾天內(nèi)完成?？茖W(xué)家們希望牙齒模型發(fā)現(xiàn)的發(fā)育調(diào)節(jié)基因和機(jī)制有助于理解哺乳動(dòng)物的發(fā)育。已經(jīng)知道所有動(dòng)物發(fā)育的分子機(jī)制相同或相似。胚胎發(fā)育的基因表達(dá)頻譜，在動(dòng)物發(fā)育的經(jīng)典研究模式中，果蠅發(fā)育研究最為成熟。另一方面，因?yàn)楣壍慕?jīng)典遺傳學(xué)始于上世紀(jì)初。另一方面，果蠅的基因分子生

2、物學(xué)從20世紀(jì)80年代初開始就取得了長足的發(fā)展，這為發(fā)育中的分子生物學(xué)研究提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本講座將重點(diǎn)論述果蠅發(fā)育的分子生物學(xué)原理。胚胎發(fā)育的基因表達(dá)頻譜，E，B，C，D，A，果蠅發(fā)育的基本模式，母體基因的表達(dá)，體節(jié)形成基因的表達(dá)，李煒同型基因的表達(dá)，李煒同型方塊的普遍意義，4A果蠅發(fā)育的基本模式，果蠅發(fā)育可分為四個(gè)階段：初級(jí)減數(shù)分裂和4護(hù)士細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中的物質(zhì)，包括RNA和蛋白質(zhì)在內(nèi)的物質(zhì)，可以通過細(xì)胞質(zhì)橋進(jìn)入卵母細(xì)胞。牙齒物質(zhì)的積累構(gòu)成了成熟卵細(xì)胞的主要內(nèi)容物。細(xì)胞質(zhì)橋位于卵母細(xì)胞的一端，后來成為卵母細(xì)胞的生成，兒子的電極。果蠅的卵泡結(jié)構(gòu)，4A果蠅發(fā)育的基本模式，成熟卵子受精后成為雙核受精

3、卵細(xì)胞，即合子。b胚胎的生成，果蠅合子的發(fā)育，受精90分鐘后進(jìn)行了8次核裂變。核裂變?cè)诠布?xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，末端極性細(xì)長，細(xì)胞質(zhì)的核變成整個(gè)成細(xì)胞。受精150分鐘后，形成多核囊胚，將細(xì)胞核遷移到細(xì)胞周圍，4次繼續(xù)分裂，形成多核，囊胚層。受精195分鐘后形成細(xì)胞膜層，形成包圍細(xì)胞核的膜，構(gòu)成約6000個(gè)細(xì)胞組成的單細(xì)胞層(體細(xì)胞)。牙齒細(xì)胞核的位置決定了它們將來發(fā)育的細(xì)胞類型。4A果蠅發(fā)育的基本模型，果蠅體節(jié)形成的模式由細(xì)胞膜層決定。果蠅幼蟲共有三個(gè)胸部體節(jié)(T)和八個(gè)腹部體節(jié)(A)，每個(gè)C體節(jié)的生成，個(gè)體節(jié)分為兩個(gè)區(qū)域：前戲區(qū)(A)和后戲區(qū)(P)。果蠅副體節(jié)的形成，細(xì)胞囊胞層繼續(xù)發(fā)育，逐漸形成一系

4、列分離的特定空間，空間內(nèi)質(zhì)量大，空間和空間的交界質(zhì)量小，牙齒空間稱為副體節(jié)。副體節(jié)是分子水平的胚胎發(fā)育結(jié)構(gòu)，肉眼無法分辨。果蠅的體節(jié)形成，胚胎發(fā)育5 6小時(shí)后，表面的狹窄凹槽形成。胚胎9小時(shí)表面的溝紋移動(dòng)和加深，被稱為肉眼可識(shí)別的幼蟲形態(tài)的溝，槽，體節(jié)，此時(shí)體節(jié)形成。4A果蠅發(fā)育的基本模式，果蠅的器官發(fā)育由體節(jié)決定。幼蟲體表面的體節(jié)保留在圣蒼蠅體中，但已發(fā)展成其他器官，其中胸部由三個(gè)節(jié)、腹部、D器官的生成和財(cái)富8個(gè)節(jié)組成。，4A果蠅發(fā)育的基本模式，從卵母細(xì)胞形成到性蒼蠅的一系列發(fā)育，基因是如何起作用的？最近幾年的研究結(jié)果表明，負(fù)責(zé)果蠅發(fā)育的基因可以分為以下三個(gè)茄子主要部分：母體基因在卵子生成過

5、程中起作用，體節(jié)生成基因在受精后表達(dá)，體節(jié)形成的數(shù)量和極性，影響李煒同型基因控制體節(jié)的性質(zhì)，但體節(jié)的大小、數(shù)量、頸部、極性所有母體基因的共同特征是它們都在受精前(至少是轉(zhuǎn)錄)表達(dá)，其中一些表達(dá)產(chǎn)物在表達(dá)后起作用，有些暫時(shí)儲(chǔ)存。母體基因產(chǎn)物作用于卵子，但大部分產(chǎn)物是在卵母細(xì)胞以外合成的。4B母體基因的表達(dá)，卵子的成熟是護(hù)士細(xì)胞向卵母細(xì)胞傳遞大量RNA和蛋白質(zhì)的過程。牙齒物質(zhì)進(jìn)入卵母細(xì)胞后，通過擴(kuò)散作用在細(xì)胞前后上下擴(kuò)散，但其濃度不均勻，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)形成兩個(gè)方向的濃度梯度(軸向階梯，A卵細(xì)胞內(nèi)的軸向梯度，度):前后軸型梯度和腹背型梯度。果蠅卵細(xì)胞內(nèi)軸型梯度形成，受精后大量蛋白質(zhì)的合成使軸型梯度更加明

6、顯，但此時(shí)牙齒濃度梯度仍然是溶液型。受精卵的核多次經(jīng)歷核裂變，開始向接合膜周圍移動(dòng)，參考前后傾斜和等傾角的正交坐標(biāo)系，準(zhǔn)確定位。(約翰肯尼迪，美國電視電視劇，受精卵)這種有序的位置決定了牙齒細(xì)胞核最終發(fā)展成什么樣的細(xì)胞和器官。4B母體基因的表達(dá)，軸型梯度的物質(zhì)基礎(chǔ)是RNA和蛋白質(zhì)。編碼的基因大部分由果蠅攜帶，并在母體體內(nèi)表達(dá)，因此被稱為母體基因。表達(dá)區(qū)域的否，B控制軸型梯度形成的母體基因，母體基因可分為兩個(gè)茄子主要類別。母細(xì)胞基因在卵巢的囊胞細(xì)胞中表達(dá)，母細(xì)胞基因在護(hù)士細(xì)胞或卵母細(xì)胞中表達(dá)，4B母體基因的表達(dá)現(xiàn)在鑒定了與胚胎發(fā)育相關(guān)的四組母體基因。每個(gè)基因組構(gòu)成反映它們作用順序的順序組織，并分

7、別控制胚胎其他區(qū)域的發(fā)育。稱為母體基因依賴，B控制軸型梯度形成的母體基因，你的茄子發(fā)育路徑。牙齒四茄子路徑具有一個(gè)茄子共同的特征。也就是說，路徑的開始是卵子細(xì)胞外的物質(zhì)位置，從而導(dǎo)致卵子細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)位置。這種信號(hào)的表達(dá)是蛋白質(zhì)的不對(duì)稱分布，根據(jù)濃度變化決定周圍地區(qū)發(fā)育結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)稱為整形所。在每條路徑上，整形所作為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，牙齒四個(gè)茄子路徑中的三個(gè)是控制前后極發(fā)育，一個(gè)與配腹軸形成有關(guān)。受精卵結(jié)合者的相關(guān)基因使其表達(dá)控制下一個(gè)發(fā)育基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。果蠅的電極系統(tǒng)，電極系統(tǒng)負(fù)責(zé)頭部和胸部的發(fā)育。牙齒途徑的母細(xì)胞基因表達(dá)產(chǎn)物是bcd(雙球菌)基因產(chǎn)物，對(duì)卵細(xì)胞前極的位置至關(guān)重要。Bcd基因的

8、mRNA在護(hù)士細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄后被運(yùn)到卵母細(xì)胞表達(dá)。Bcd蛋白是控制合子中脊椎后凸基因hun(hunchbanck)和其他相關(guān)基因表達(dá)的整形牛和轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。果蠅的后極系統(tǒng)，后極系統(tǒng)負(fù)責(zé)腹部的發(fā)育。在牙齒途徑中，許多母體性細(xì)胞基因表達(dá)產(chǎn)物將NANOS基因產(chǎn)物定位在卵子的后部。Nan基因產(chǎn)物也是hun mRNA抑制受精卵后極地區(qū)翻譯，切斷該地區(qū)的前向路徑，開始后極系統(tǒng)基因表達(dá)的整形所。果蠅的末端系統(tǒng)，末端系統(tǒng)，在細(xì)胞兩端的非體節(jié)的特殊結(jié)構(gòu)(如頭的頭節(jié)和尾節(jié))上起發(fā)育作用。牙齒系統(tǒng)依賴于母細(xì)胞(囊胞細(xì)胞)中基因torso的表達(dá)。牙齒基因編碼卵母細(xì)胞的Torso受體。母體細(xì)胞的其他基因表達(dá)產(chǎn)物通過卵母細(xì)胞

9、的toso受體進(jìn)入卵母細(xì)胞，激活卵子內(nèi)相關(guān)基因的表達(dá)。受精后，牙齒基因的表達(dá)產(chǎn)物又導(dǎo)致合子中相關(guān)基因的表達(dá)。也就是說，母體細(xì)胞基因產(chǎn)物影響母體細(xì)胞基因產(chǎn)物的表。果蠅背部腹部系統(tǒng)，背部腹部系統(tǒng)負(fù)責(zé)背部腹部位置的結(jié)構(gòu)開發(fā)。牙齒途徑開始時(shí)，囊型卵泡細(xì)胞的信號(hào)分子(母體細(xì)胞基因編碼產(chǎn)物)傳遞到卵子細(xì)胞的腹部邊緣，通過母體細(xì)胞基因toll編碼的受體將信號(hào)分子傳遞到卵細(xì)胞內(nèi)。激活dor(dorsal)基因編碼的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子控制著受精卵結(jié)合者的相關(guān)基因表達(dá)。與胚胎發(fā)育模式相關(guān)的約30個(gè)母體基因已經(jīng)確認(rèn)。四個(gè)茄子途徑中的前兩個(gè)茄子途徑直接由母細(xì)胞(護(hù)士細(xì)胞和卵母細(xì)胞)基因表達(dá)產(chǎn)物開始，牙齒開始產(chǎn)物通過胞質(zhì)橋直

10、接進(jìn)入卵子。后兩種茄子途徑由母體細(xì)胞(囊胞細(xì)胞)基因表達(dá)產(chǎn)物開始，牙齒開始產(chǎn)物通過卵子細(xì)胞表面受體Torso和Toll向細(xì)胞內(nèi)傳輸信號(hào)。所有母體基因的普遍特征是，在修改前已經(jīng)表達(dá)了(至少已經(jīng)，轉(zhuǎn)錄)，但其中的一些表達(dá)產(chǎn)物暫時(shí)儲(chǔ)存也沒有用。4B母體基因的表達(dá)，c BCD基因的表達(dá)和功能，卵母細(xì)胞和受精卵細(xì)胞物質(zhì)含量的不對(duì)稱(非均勻)，是發(fā)育個(gè)體復(fù)雜結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。要在卵細(xì)胞中建立這種不對(duì)稱，不是均勻地?cái)U(kuò)散到細(xì)胞質(zhì)中，而是需要一些RNA或蛋白質(zhì)成分的局部化位置。例如，在果蠅的電極發(fā)育過程中，某些基因的mRNA固定在電極區(qū)，當(dāng)牙齒mRNA被翻譯時(shí)，其蛋白質(zhì)產(chǎn)物在卵細(xì)胞的電極固定端點(diǎn)擴(kuò)散，沿前后極軸形成濃

11、度梯度。Bcd基因的產(chǎn)物是電極、系統(tǒng)發(fā)育構(gòu)圖形成的成型所。BCD基因表現(xiàn)產(chǎn)物濃度梯度的建立，BCD基因在護(hù)士細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄，其mRNA通過細(xì)胞質(zhì)橋進(jìn)入卵母細(xì)胞內(nèi)，固定在卵母細(xì)胞的前端。牙齒mRNA的翻譯是經(jīng)過修改后翻譯的Bcd蛋白沿著合子的前后軸擴(kuò)散。核分裂7次后形成Bcd濃度梯度，牙齒濃度梯度穩(wěn)定到細(xì)胞囊胞層的形成，濃度梯度符合自然對(duì)數(shù)律，即c=A e-Bd。與Bcd濃度梯度一起建立的基因產(chǎn)物為Swa，Exu，Sta，都是母細(xì)胞基因表達(dá)的產(chǎn)物，bcd-mRNA參與卵母細(xì)胞的運(yùn)輸或限制擴(kuò)散，其分子機(jī)制與bcd-mRNA的3段非編碼區(qū)和序列特異性結(jié)合。Bcd基因表達(dá)產(chǎn)物濃度梯度功能，BCD基因表達(dá)產(chǎn)

12、物的濃度決定了胚胎電極發(fā)育結(jié)構(gòu)的位置，因此被稱為整形所。也就是說，胚胎電極部分的細(xì)胞發(fā)育類型是由牙齒細(xì)胞所在位置附近的Bcd蛋白濃度決定的。濃度梯度較弱的話，全極化體截留體可能發(fā)展為更為后極性的特征。較強(qiáng)的濃度梯度將使胚胎的電極型結(jié)構(gòu)延伸得更遠(yuǎn)。Bcd濃度梯度被破壞后，腹部結(jié)構(gòu)生長在胸部位置，或者幼蟲只有頭部和胸部，沒有腹部。Bcd基因表現(xiàn)產(chǎn)物濃度梯度功能，Bcd蛋白是一種序列特異性DNA結(jié)合蛋白，與相應(yīng)目標(biāo)基因的子區(qū)域相結(jié)合，可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。牙齒目標(biāo)基因的表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)一步控制另一個(gè)基因的表達(dá)，形成級(jí)聯(lián)反應(yīng)。Bcd控制的幾個(gè)茄子目標(biāo)基因中，最重要的是脊椎后遺癥基因hun。Hun基因的高效轉(zhuǎn)錄是Bc

13、d產(chǎn)物濃度依賴型。也就是說，只有Bcd蛋白的濃度超過特定閾值，才能啟動(dòng)高效轉(zhuǎn)錄。在這里，濃度梯度成為基因表達(dá)的開關(guān)。這是分子生物學(xué)領(lǐng)域從羊變成陰道的典型例子。Bcd誘導(dǎo)hun基因的高效表達(dá)后，hun基因產(chǎn)物又引起了一系列基因表達(dá)或抑制的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終結(jié)果是胚胎電極結(jié)構(gòu)的形成。，4B母體基因的表達(dá)，d nan基因的表達(dá)和功能，nan基因的表達(dá)產(chǎn)物介導(dǎo)果蠅后極發(fā)育模式的形成。后極發(fā)育依賴于巨大基因組的表達(dá)。如果這些基因中的任何一個(gè)突變，胚胎就會(huì)有正常的頭和胸，但缺乏完整的腹部結(jié)構(gòu)。這些基因表達(dá)產(chǎn)物中的一些與從護(hù)士細(xì)胞向卵細(xì)胞的物質(zhì)運(yùn)輸有關(guān)，另一些與卵細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸和定位有關(guān)。nan基因表達(dá)產(chǎn)物濃

14、度梯度的建立，果蠅胚胎后極系統(tǒng)的發(fā)育需要更多基因的順序表達(dá)。與電極系統(tǒng)一樣，nan基因也是在護(hù)士細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄的。Nan-mRNA從護(hù)士細(xì)胞通過細(xì)胞質(zhì)橋進(jìn)入卵母細(xì)胞，通過卵母細(xì)胞，定位在后極點(diǎn)，然后在后極進(jìn)行翻譯。Nan蛋白沿著前后極軸從后到前形成濃度梯度。Nan的位置和表達(dá)至少需要8個(gè)基因庫，物的協(xié)同作用。nan基因表達(dá)產(chǎn)物濃度梯度的建立，后極系統(tǒng)作為一系列基因表達(dá)產(chǎn)物的區(qū)域化定位工作。其中spire和cappu兩個(gè)基因的功能是將Staufen蛋白固定在卵細(xì)胞的后極端點(diǎn)。Staufen蛋白依次固定oskar-mRNA(可以形成RNA-蛋白復(fù)合物)。這些功能是固定Vasa所必需的。Vasa是RNA

15、結(jié)合蛋白，下游靶物質(zhì)尚不清楚。事實(shí)上，valois和Tudor兩個(gè)基因的功能也不得而知。、cappuccino、spire、staufen、oskar、vasa、valois、Tudor、nanos，nan基因表達(dá)產(chǎn)物濃度梯度的建立，在后極路徑上以圖多爾為分叉，形成兩個(gè)茄子不同的分叉路徑：一個(gè)茄子整形所用nan基因產(chǎn)物控制腹部發(fā)育，因此Nan被稱為后極結(jié)晶因子。另一種是未知的蛋白質(zhì)，控制生殖器官的發(fā)育。除了nan和pumilio之外，所有后極系統(tǒng)的基因都需要在兩個(gè)茄子分支路徑上，nan和pumilio的基因是為了腹部發(fā)育。、cappuccino、spire、staufen、oskar、vasa

16、、valois、Tudor、nanos，nan基因表達(dá)產(chǎn)物濃度梯度功能，Nan蛋白是hun-mRNA翻譯的抑制劑，通過抑制hun蛋白的翻譯，阻止與電極發(fā)育相關(guān)的基因表達(dá)。牙齒抑制作用與Bcd在HUN基因上，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄一樣，是濃度依賴型。Bcd和Nan都作用于hun基因的表達(dá)，Bcd濃度梯度的高值在電極區(qū)促進(jìn)hun基因的轉(zhuǎn)錄。Nan濃度梯度的較高值在后極區(qū)域被阻止，是hun-mRNA的翻譯。Nan基因表現(xiàn)產(chǎn)物控制后極結(jié)構(gòu)發(fā)育的分子機(jī)制，Bcd蛋白和Nan蛋白都作用于hun基因的表達(dá)。Hun基因是電極結(jié)構(gòu)(胸部)形成所需的轉(zhuǎn)錄抑制因子，對(duì)多極結(jié)構(gòu)的發(fā)育沒有必要。hun基因的表達(dá)特性相當(dāng)復(fù)雜，在卵子生成過程中轉(zhuǎn)錄，其mRNA均勻分布在卵細(xì)胞質(zhì)上。修改后，分子布局將更改為兩種茄子形式。Bcd蛋白濃度梯度在電極區(qū)激活hun-mRNA的大規(guī)模合成。Nan蛋白阻止了hun-mRNA在后極區(qū)的翻譯，結(jié)果mRNA的降解?？傮w效果是：前半個(gè)地區(qū)hun-mRNA水平增長。同時(shí)，hun-mRNA消失在后極