分子发育生物学导论

Developmental Biology
 

Summary

分子信号发生在胚胎发育过程中的复杂进程中发挥主要作用。这些信号调节细胞的分化和迁移,对特定的单元格类型和结构的形成作出贡献的活动。利用分子生物学方法允许研究人员调查这些详细的物理和化学机制。

这个视频将在开发过程中审查分子事件的研究的简史。其次,重点提问分子发育生物学家今天才会检讨,随后的几个突出的方法,用来回答这些问题,如染色、 外植体的文化和活细胞成像技术进行了讨论。最后,我们将看看这些技术在发育生物学研究的某些当前应用。

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JoVE Science Education Database. 发育生物学精要. 分子发育生物学导论. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

在分子发育生物学领域的研究提供深入了解在分化和发育过程中发生在细胞水平的变化。研究人员检查调节细胞功能的物理和化学机制。这有助于理解细胞如何引起专门组织内的成熟的胚胎,和如何在分子水平上的缺陷可以导致疾病的国家。

这个视频发育分子生物学发展简史,介绍了问科学家在这一领域的关键问题,介绍一些工具可用来回答这些问题,并讨论了几个当前实验室应用。

让我们首先回顾一些意义重大的研究在分子发育生物学研究的历史。

1957 年,康拉德沃丁顿出版了一本书,题为"战略的基因",他试图解释细胞的命运如何决定的。基于先前进行的组织移植的研究,他提出了一个单元格像滚下山,大理石的概念模型描述和它到达底部的路径将决定其最后的分化的状态。这种想法不同类型的细胞出现在开发过程中接收不同信号的未分化细胞被称为"表观遗传的景观"。

大约在同一时间,丽塔塔尔和斯坦利 · 科恩观察,进鸡胚移植瘤导致神经元快速增长。他们假设一种物质分泌肿瘤造成这种增长,并确定为神经生长因子或神经生长因子的蛋白。不久之后,科恩发现了另一种的生长因子,由鼠标涎腺分泌和促进上皮细胞的生长。他发现这种蛋白质表皮生长因子和表皮生长因子。

后来,于 1969 年,刘易斯提出了一个理论关于如何某些类的信号分子,称为形态,直接作用于细胞诱导不同浓度的具体反应。他习惯模型的单元状态,红色作为默认状态,当没有信号是目前法国国旗的颜色。从那里,浓度低的形态,显示为白色,可能会激活一种基因,而高形态浓度,用蓝色显示,可能会激活一个不同的基因。

克丽丝汀 Nusslein-佛尔哈德法扩大这项工作,在 1988 年确定第一已知的形态进行遗传屏幕上的苍蝇。她用抗体来表明一种蛋白质,称为 Bicoid,形成浓度梯度的前后轴的发育中的胚胎,控制基因表达的重要组织的头部和胸部的地区。

1990 年代初,彼得 · 劳伦斯和希内斯 Morata 用于他们自己的工作在苍蝇展开的形态梯度理论。他们假设一组单元格是负责组织一个特别车厢的有机体。随着开发的进行,分子信号指示这些细胞分裂和建造更多的车厢,继续,直到形成了整个有机体。

既然我们已经回顾了一些历史的亮点,让我们检查提问当前发育生物学家的几个基本问题。

若要开始,一些研究人员侧重于查明分子,规范发展。例如,他们可能学习个人或组合,显示会引起特异性的细胞响应,例如分化或迁移的生长因子。

其他发育生物学调查这些分子是如何调节的发育过程。他们可能会学习如何浓度的分子信号可以指示细胞分化或迁移。他们还询问如何细胞沟通与其他邻近的细胞,并看看信号分子的扩散在很短的距离,立足本地,称为旁分泌因子。

最后,一些发育生物学家想要了解关于细胞对外界信号的反应。他们可能看其编码的蛋白质水平的研究内部细胞本身,如增加或减少的特定基因表达的变化。其他人专注于外部的变化,比如改变细胞的形状或大小。

现在,你有为关键提问分子发育生物学家的感觉,让我们看看一些他们使用的技术来找到这些问题的答案。

染色是使用最广泛的途径探讨基因表达模式,并找出规范发展的分子之一。

免疫组化是一种使用共轭对化学或荧光记者到标签蛋白的抗体染色技术。对蛋白的荧光显微镜可视化提供有关他们在组织切片中的本地化和也蜂窝结构的潜在贡献的见解。整个装载原位杂交是染色方法,使用标记的 DNA 或 RNA 寡核苷酸来看三维组织中基因表达模式的选择。

外植体文化是另一种常用的方法,在这一领域研究的外部刺激行为的机制。在这种技术,组织从自然增长的网站上删除,在培养基中培养。特定的生长条件,如基材上的培养板或生长因子添加到培养基中,然后可以检查他们对发展中国家的细胞和组织的影响。

活细胞成像用来分析细胞发育的刺激的反应。在体外文化是适于捕捉细胞运动和定位模式在真正的时间。染色或荧光标记的细胞也可以跟踪在体内使用延时的显微镜。

通常情况下,细胞从组织感兴趣的是从捐助移植到一个寄主生物体,然后监视发展的过程。

现在,您已经熟悉一些一般实验室方法,让我们看看发育分子生物学研究的一些应用。

确定在发展中发挥作用的具体基因产物的一种方法是通过外部手段来改变它们的表达。在这个实验中,被称为 morpholinos 的反义寡核苷酸分别注入击倒两个斑马鱼基因重要内耳正常发展。结构蛋白免疫组化显示: 胚胎与减少的基因的表达具有较少的神经元和内对照相比的内耳毛细胞。

发育生物学的另一个应用程序是要弄清楚何时何地基因表达,以更好地理解其编码的蛋白质可能会如何运作。本实验的研究人员用荧光标记的 RNA 探针互补两目标成绩单以确定细胞转录一个或两个基因的兴趣。

一些科学家使用外植体文化来分析细胞在各种条件下的反应。在这个实验中,调查人员剖析感觉神经元从内耳的鸡胚,并培养他们几个小时。接下来,文化被交换到介质含蛋白珠。延时共聚焦图像后与标记抗体孵育透露,蛋白质在珠子上的投射神经元的细胞体的生长有促进作用。

你刚看了朱庇特的发育分子生物学导论。在这个视频中,我们有发育分子生物学研究的历史介绍和发育生物学家提出的关键问题。我们还探究突出的研究策略,并讨论了一些他们当前的应用程序。一如既往,感谢您收看 !

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