Переход от матери к зиготическому ( MZT , также известный как активация эмбрионального генома ) - это этап эмбрионального развития, во время которого развитие находится под исключительным контролем зиготического генома, а не материнского (яйцеклеточного) генома. Яйцо содержит сохраненную мРНК материнского генетического материала, которая контролирует развитие эмбриона до начала MZT. После МЗТ диплоидный эмбрион берет на себя генетический контроль. [1] Это требует как активации зиготического генома (ZGA), так и деградации материнских продуктов. Этот процесс важен, потому что это первый раз, когда новый эмбриональный геномиспользуется, и отцовский и материнский геномы используются в комбинации (т. е. будут экспрессироваться разные аллели ). Зиготический геном теперь управляет развитием эмбриона.
MZT часто считается синонимом перехода в среднюю бластулу (MBT), но на самом деле эти процессы различны. [2] Однако, MBT примерно совпадает с ZGA во многих многоклеточных , [3] и , таким образом , возможно , имеют некоторые общие регуляторные функции. Например, предполагается, что оба процесса регулируются нуклеоцитоплазматическим соотношением . [4] [5] МБТ строго относится к изменениям клеточного цикла и подвижности клеток, которые происходят непосредственно перед гаструляцией . [2] [3] На ранних стадиях дробления эмбриогенеза быстрые деления происходят синхронно, и в клеточном цикле нет стадий «пробелов» . [2] В ходе этих этапов, есть также практически нет транскрипции в мРНК из зиготического генома , [4] , но зиготический транскрипции не требуется для МВТ произойти. [2] Клеточные функции во время раннего расщепления выполняются в основном материнскими продуктами - белками и мРНК, внесенными в яйцеклетку во время оогенеза .
Активация зиготического генома
Для начала транскрипции из зиготических генов , то эмбрион должен сначала преодолеть молчание , которое было установлено. Причина этого молчания может быть связана с несколькими факторами: модификациями хроматина, ведущими к репрессии, отсутствием адекватного транскрипционного аппарата или недостатком времени, в течение которого может происходить значительная транскрипция из-за укороченных клеточных циклов. [6] Доказательства первого метода были предоставлены экспериментами Ньюпорта и Киршнера, показавшими, что нуклеоцитоплазматическое соотношение играет роль в активации зиготической транскрипции . [4] [7] Они предполагают, что определенное количество репрессора упаковано в яйцо, и что экспоненциальная амплификация ДНК в каждом клеточном цикле приводит к титрованию репрессора в соответствующее время. Действительно, у эмбрионов Xenopus, в которые введена избыточная ДНК , транскрипция начинается раньше. [4] [7] Совсем недавно было показано, что транскрипция субнабора генов у дрозофилы задерживается на один клеточный цикл у гаплоидных эмбрионов . [8] Второй механизм репрессии также исследовался экспериментально. Prioleau et al. показывают, что путем введения ТАТА-связывающего белка (ТВР) в ооциты Xenopus блок транскрипции может быть частично преодолен. [9] Гипотеза о том, что укороченные клеточные циклы могут вызывать репрессию транскрипции , 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 происходит в зиготе, где экспрессия нескольких новаторских факторов транскрипции постепенно увеличивает экспрессию генов-мишеней ниже по течению. Эта индукция генов приводит ко второму крупному событию MZT [11]
Очистка материнских транскриптов
Чтобы исключить вклад продуктов материнских генов в развитие, материнские мРНК должны деградировать в эмбрионе . Исследования на Drosophila показали, что последовательности в 3 'UTR материнских транскриптов опосредуют их деградацию [12]. Эти последовательности распознаются регуляторными белками, которые вызывают дестабилизацию или деградацию транскриптов. Недавние исследования на рыбках данио и Xenopus обнаружили доказательства роли микроРНК в деградации материнских транскриптов. В данио , то микроРНК микроРНК-430, выражается в начале зиготической транскрипции и целях нескольких сот мРНКа для деаденилирования и деградации. Многие из этих мишеней являются генами , экспрессирующимися по материнской линии. [13] Аналогичным образом, у Xenopus было показано, что ортолог miR-430 miR-427 нацелен на материнскую мРНК для деаденилирования . В частности, мишени miR-427 включают регуляторы клеточного цикла, такие как Cyclin A1 и Cyclin B2 . [14]
Рекомендации
- ^ Ли, Милер Т .; Bonneau, Ashley R .; Такач, Картер М .; Bazzini, Ariel A .; 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. DOI : 10,1038 / природа12632 . PMC 3925760 . PMID 24056933 .
- ^ а б в г Бару С., Отран Д., Гиллмор С.С. и др. (2008). «Переход от матери к зиготическому у животных и растений» . Колд Спринг Харб Symp Quant Biol . 73 : 89–100. DOI : 10.1101 / sqb.2008.73.053 . PMID 19204068 .
- ^ а б Тадрос В., Липшиц HD (2009). «От матери к зиготическому переходу: пьеса в двух действиях» . Развитие . 136 (18): 3033–42. DOI : 10.1242 / dev.033183 . PMID 19700615 .
- ^ а б в г Ньюпорт Дж, Киршнер М (1982). «Главный переход в развитии ранних эмбрионов Xenopus : I. характеристика и время клеточных изменений на стадии средней бластулы». Cell . 30 (3): 675–86. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (82) 90272-0 . PMID 6183003 .
- ^ Причард Д.К., Шубигер Г. (1996). «Активация транскрипции у эмбрионов дрозофилы - это постепенный процесс, опосредованный соотношением нуклеоцитоплазмы» . Genes Dev . 10 (9): 1131–42. DOI : 10,1101 / gad.10.9.1131 . PMID 8654928 .
- ^ Шир А.Ф. (2007). «Материнско-зиготический переход: смерть и рождение РНК». Наука . 316 (5823): 406–7. Bibcode : 2007Sci ... 316..406S . DOI : 10.1126 / science.1140693 . PMID 17446392 .
- ^ а б Ньюпорт Дж, Киршнер М (1982). «Главный переход в развитии ранних эмбрионов Xenopus : II. Контроль начала транскрипции». Cell . 30 (3): 687–96. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (82) 90273-2 . PMID 7139712 .
- ^ Лу X, Ли JM, Elemento O, Tavazoie S, Wieschaus EF (2009). «Сочетание зиготической транскрипции с митотическим контролем при переходе дрозофилы в середину бластулы» . Развитие . 136 (12): 2101–2110. DOI : 10.1242 / dev.034421 . PMC 2685728 . PMID 19465600 .
- ^ Prioleau MN, Huet J, Sentenac A, Mechali M (1994). «Конкуренция между хроматином и сборкой транскрипционного комплекса регулирует экспрессию генов на раннем этапе развития». Cell . 77 (3): 439–49. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (94) 90158-9 . PMID 8181062 .
- ^ Шермоен А.В., О'Фаррелл PH (1991). «Прогресс клеточного цикла через митоз приводит к прерыванию возникающих транскриптов» . Cell . 67 (2): 303–10. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (91) 90182-X . PMC 2755073 . PMID 1680567 .
- ^ 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 : 2013Natur.500..593X . DOI : 10,1038 / природа12364 . PMC 4950944 . PMID 23892778 .
- ^ Тадрос В., Липшиц HD (2005). «Создание условий для развития: трансляция и стабильность мРНК во время созревания оокцитов и активации яиц у дрозофилы » . Dev Dyn . 232 (3): 593–608. DOI : 10.1002 / dvdy.20297 . PMID 15704150 .
- ^ Хиралдес 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 : 2006Sci ... 312 ... 75G . DOI : 10.1126 / science.1122689 . PMID 16484454 .
- ^ Лунд Э., Лю М., Хартли Р.С., Таблицы М.Д., Дальберг Дж. Э. (2009). «Деаденилирование материнской мРНК, опосредованное miR-427 в эмбрионах Xenopus laevis » . РНК . 15 (12): 2351–63. DOI : 10,1261 / rna.1882009 . PMC 2779678 . PMID 19854872 .