Morphogen

Un morphogen est une substance régissant le modèle du développement de tissu et, en particulier, les positions des divers types spécialisés de cellules dans un tissu. Il écarte d'une source localisée et forme un gradient de concentration à travers un tissu se développant.

Dans la biologie développementale un morphogen est rigoureusement employé pour signifier une molécule de signalisation qui agit directement sur des cellules (pas par induction périodique ) de produire des réponses cellulaires spécifiques dépendantes de la concentration de morphogen.

Les morphogens bien connus incluent : Decapentaplegic /facteur de croissance de transformation de bêta , hérisson /hérisson sonique , sans ailes/ Wnt , facteur de croissance épidermique , et facteur de croissance de fibroblaste .

Morphogens sont définis conceptuellement, pas chimiquement, ainsi les produits chimiques simples tels que l'acide retinoic peuvent également agir en tant que morphogens.

Introduction

Pendant le développement précoce, les gradients de morphogen produisent de la cellule différente saisit l'ordre spatial distinct. Le morphogen fournit des informations spatiales en formant un gradient de concentration qui subdivise un champ des cellules en induisant ou en maintenant l'expression de différents gènes de cible aux seuils distincts de concentration. Ainsi, les cellules loin de la source du morphogen recevront les niveaux bas du morphogen et exprimeront seulement des gènes de cible de bas-seuil. En revanche, les cellules près de la source du morphogen recevront des niveaux élevés de morphogen et exprimeront les gènes low-- et de haut-seuil de cible. Les types distincts de cellules émergent par suite des différentes combinaisons de l'expression de gène de cible. De cette façon, le champ des cellules est subdivisé en différents types selon leur position relativement à la source du morphogen. C'est un mécanisme général par lequel le type diversité de cellules peut être produit chez le développement animal.

Certains des morphogens les plus tôt et meilleur-étudiés sont les facteurs de transcription de qui répandent dans les embryons tôt du melanogaster (mouche à fruit de drosophile de de ). Cependant, la plupart des morphogens sont des protéines sécrétées qui signalent entre les cellules.

Mouche à fruit

le melanogaster de drosophile de de a un système développemental peu commun, dans lequel les treize premières divisions cellulaires de l'embryon se produisent dans un syncytium avant le cellularization. Essentiellement l'embryon reste une cellule avec plus de 8000 noyaux a également espacé près de la membrane jusqu'à la quatorzième division cellulaire, quand sillon indépendant de membranes entre les noyaux, les séparant dans les cellules indépendantes. En conséquence, dans la transcription de d'embryons de mouche les facteurs tel que le Bicoid ou le bossu peuvent agir en tant que morphogens parce qu'ils peuvent librement répandre entre les noyaux pour produire des gradients doux de concentration sans compter sur les mécanismes de signalisation intercellulaires spécialisés. Bien qu'il y ait de l'évidence que les facteurs de transcription de de la boîte homéotique semblables à ces derniers peuvent passer directement par des membranes de cellules, ce mécanisme n'est pas censé pour contribuer considérablement à la morphogénèse dans les systèmes cellularized.

Dans la plupart des systèmes développementaux, tels que les embryons humains ou le développement postérieur de Drosophila, les syncytiums se produisent seulement rarement (comme dans le muscle squelettique), et des morphogens sont généralement sécrétés signalant des protéines. Ces protéines lient aux domaines extracellulaires des protéines du récepteur de transmembrane, qui emploient un processus raffiné de la transduction de signal de pour communiquer le niveau du morphogen au noyau. Les cibles nucléaires des voies de transduction de signal sont habituellement des facteurs de transcription, dont l'activité est réglementée en quelque sorte qui reflète le niveau du morphogen reçu sur la surface de cellules. Ainsi, les morphogens sécrétés agissent de produire des gradients d'activité de facteur de transcription juste comme ceux qui sont produits dans l'embryon syncitial de Drosophila.

Les gènes discrets de cible répondent à différents seuils d'activité de morphogen. L'expression des gènes de cible est commandée par des segments des 'renforceurs appelés par ADN auxquels les facteurs de transcription lient directement. Une fois lié, le facteur de transcription alors stimule ou empêche la transcription du gène et commande ainsi le niveau de l'expression du produit de gène (habituellement une protéine). des gènes de cible de « Bas-seuil » exigent seulement les niveaux bas de l'activité de morphogen d'être réglés et des renforceurs de dispositif qui contiennent beaucoup d'accepteurs de haut-affinité pour le facteur de transcription. les gènes de cible de « Haut-seuil » ont relativement peu d'accepteurs ou accepteurs de bas-affinité qui exigent des niveaux beaucoup plus grands d'activité de facteur de transcription d'être réglés.

Ainsi, le mécanisme général par lequel les morphogens subdivisent des tissus en modèles des types distincts de cellules est bien compris. Cependant, les morphogens ont souvent des activités additionnelles telles que commander la croissance du tissu ou orienter la polarité des cellules dans elle (par exemple, les poils sur votre avant-bras se dirigent dans une direction). Ces activités des morphogens beaucoup moins sont comprises et sont le sujet des efforts courants de recherches dans le domaine de la biologie développementale.

Découverte

L'idée de morphogen a une longue histoire dans la biologie développementale, remontant au travail du généticien pilote de Drosophila, la chasse à Thomas de Morgan , en début du 20ème siècle. Cependant, c'était un Lewis Wolpert qui a raffiné le concept de morphogen dans les années 60 avec son modèle célèbre « de drapeau français » qui a décrit comment le morphogen pourrait subdiviser un tissu en domaines de l'expression de gène différente de cible (correspondant aux couleurs du drapeau français). Ce modèle a été soutenu par le principal biologiste de Drosophila, Peter Lawrence . Le Christiane Nusslein-Volhard a identifié le premier morphogen, Bicoid , un des facteurs de transcription actuels dans un gradient dans l'embryon syncitial de Drosophila. Deux laboratoires, celui du Gary Struhl et celui du Stephen Cohen , ont alors démontré qu'une protéine de signalisation sécrétée, Decapentaplegic (le homolgue de Drosophila du facteur de croissance de transformation bêta), a agi en tant que morphogen pendant les stades avancés du développement de Drosophila.

Les études suivantes du développement de beaucoup de différents animaux a réaffirmé l'importance répandue des morphogens dans le développement animal de gouvernement.

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