分子発生生物学への入門

Developmental Biology
 

Summary

分子シグナルは萌芽期の開発中に発生する複雑なプロセスで大きな役割を果たします。これらの信号は、細胞分化と移行、特定の細胞型と構造体の形成に寄与するなどの活動を調整します。分子的アプローチは、使用詳細にこれらの物理的および化学的メカニズムを調査する研究者です。

このビデオは、開発中に分子事象の研究の簡単な歴史を確認します。文化・住セルイメージ投射を外植体染色など、これらの質問に対する回答するために使用いくつかの著名な手法の議論が続いて、次に、キーの質問分子発生生物学者によって今日が審査されます。最後に、進化の生物学の研究にこれらの技術のいくつかの現在のアプリケーションを見ていきます。

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JoVE Science Education Database. 発生生物学の必需品. 分子発生生物学への入門. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

分子発生生物学の分野の研究は、差別化と開発の間に細胞レベルで発生する変更についての洞察力を提供します。研究者は、細胞機能を調節する物理的・化学的メカニズムを調べる。これは、方法は細胞成熟胚内の専門にされたティッシュを生じ、分子レベルで欠陥が病気の状態につながることができる方法を理解することに役立ちます。

このビデオ分子発生生物学の短い歴史、キーの質問はこの分野の科学者を紹介、それらの質問に答えるために利用できるいくつかのツールについて説明します、いくつかの現在の研究室のアプリケーションについて説明します。

分子発生生物学研究の歴史の中でいくつかの画期的な研究を確認してみましょう。

1957 年、コンラッド ワディントンは「、戦略の遺伝子の」細胞の運命の決定方法を説明させようと題する本を出版しました。以前に行われた組織移植研究に基づいて、彼は、丘を転がり落ちる大理石のようなセルが概念モデル記述を提示し、下部に到達するのにかかるパスはその最終分化状態を決定します。このアイデアの開発中に別の信号を受信する未分化細胞から細胞が発生することになった「エピジェネティックの風景」として知られています。

同じ時間頃リタレヴィモンタルチーニとスタンリー ・ コーエンは、ニワトリ胚に腫瘍を移植が急速なニューロンの成長につながったことを観察しました。彼らは物質が原因のこの成長は、腫瘍から分泌され、神経成長因子、神経成長因子蛋白質を識別を仮定しました。その後すぐ、コーエンはマウス唾液腺で分泌され、上皮細胞の成長を促進するもう一つの成長因子を発見しました。彼は上皮成長因子、または EGF としてこの蛋白質を識別しました。

その後、1969 年にルイス ・ ウォルパート説を提案についてどのようにシグナリング分子、モルフォゲン、として知られているさまざまな濃度で特定の応答を誘発する細胞に直接作用の特定のクラス。彼は赤い信号が存在しないときのデフォルト状態として、モデル細胞状態にフランス国旗の色を使用しました。そこから、低モルフォゲン濃度、白で表示可能性がありますをアクティブ化する 1 つの遺伝子、モルフォゲンの高濃度、青で示されている可能性があります異なる遺伝子をアクティブにします。

この作品は、1988 年に拡大クリスティアーネ ・ Nusslein = フォルハルト ハエの遺伝子のスクリーニングを行うことにより最初の知られているモルフォゲンを識別されます。彼女は Bicoid、として知られている蛋白質が発育中の胚の前後軸に沿って濃度勾配を形成して頭部と胸部領域を整理するために重要な遺伝子の発現をコントロールを表示するのに抗体を使用します。

1990 年代初頭の間にピーターのローレンス ・ ヒネス Morata 自分の仕事で使用ハエ モルフォゲン勾配の理論を展開します。彼らはセルの 1 つのセットは有機体の 1 つの特定区画を整理するための責任を仮定しました。開発が進むにつれて、分子信号はそれらのセルに分割し、全体の生物が形成されるまでの継続より多くのコンパートメントを構築を指示します。

我々 はいくつかの歴史的なハイライトを見直している、今、現在の発達生物学者によっていくつかの基本的な質問を調べてみましょう。

まず、一部の研究者は開発を規制する分子を識別するのに焦点を当てます。たとえば、彼らを研究する個人、または組み合わせ、成長因子の分化や移行などの特定の細胞応答を引き起こすことが示さ。

他の発達生物学者は、これらの分子が発達のプロセスを調整する方法を調査します。彼らはどのようにシグナル分子の濃度を区別するためまたは移行するセルを指示することを研究します。また、細胞が近くの他のセルと通信する方法について尋ねる、シグナル分子短距離で拡散しパラクライン因子として知られているローカルに行動を見ています。

最後に、いくつかの発達生物学者は細胞が外部からの信号に応答する方法について理解します。彼らは彼らの符号化された蛋白質のレベルを見ての上昇や特定の遺伝子発現の減少など、セル内の変更を勉強があります。他の人は細胞の形やサイズの変化など、外部での変更に焦点を当てます。

分子発生生物学者によってキーの質問のための感じがあるので、これらの質問に答えを見つけるに使用する技術のいくつかを見てみましょう。

染色は、遺伝子発現パターンを調査し、開発を規制する分子を識別するために最も広く使用されているアプローチの一つです。

免疫は、抗体蛋白質に化学物質または蛍光レポーターを使用して染色手法です。蛍光顕微鏡によるタンパク質の可視化は、組織のセクションへの局在と細胞構造への潜在的な貢献についての洞察を提供しています。全体マウントの in situハイブリダイゼーションは、染色法、DNA または RNA の分類されたオリゴヌクレオチドを使用して三次元組織における遺伝子発現パターンを見てです。

培養は、外部刺激が行動するメカニズムを研究するこの分野で一般的に使用される方法です。この手法は、組織を成長の自然のサイトから削除され文化で育ちます。培養皿または文化メディアに追加成長因子基板などの特定の成長条件はの開発の細胞や組織に及ぼす影響を調査します。

生きている細胞イメージング発達刺激に対する細胞応答を分析するために使用します。体外培養、細胞運動とリアルタイムでローカリゼーション パターンを取り込むため適しています。染色や蛍光に分類された細胞は履歴体内タイムラプス顕微鏡を使用しても可能です。

頻繁に興味のティッシュからの細胞が宿主生物にドナーから移植、開発の過程で監視します。

今ではいくつかの一般的な実験方法に慣れている、分子発生生物学研究のいくつかのアプリケーションを見てみましょう。

開発に果たす役割の特定の遺伝子の製品を決定する方法の 1 つは、外部手段によって彼らの表現を変更することです。この実験では、morpholinos と呼ばれるアンチセンスオリゴヌクレオチド ノックダウン 2 ゼブラフィッシュ遺伝子適切な内耳の開発に重要なに注入。構造タンパク質の免疫染色は、減らされた遺伝子を持つ胚が少ないニューロンおよびコントロールと比較して内耳の内有毛細胞を示すことを示した。

分子発生生物学の別のアプリケーションは遺伝子を発現するタイミングと場所を把握するため、その符号化された蛋白質が機能可能性がある方法を理解します。この実験では研究者は、興味の 1 つまたは両方の遺伝子を転写するセルを識別するために蛍光に分類された RNA プローブの 2 つのターゲットの成績証明書を補完するものを使用しました。

一部の科学者は、様々 な条件下での細胞応答を分析するのに植文化を使用します。この実験では、捜査官はニワトリ胚の内耳からニューロンを解剖し、数時間培養した後。次に、文化は、タンパク質ビーズを含むメディアに切り替えていた。次の標識抗体の孵化時間経過の共焦点画像では、ビーズにタンパク質にニューロンの細胞体からの投射の成長が促進されることを明らかにしました。

ゼウスの分子発生生物学入門を見てきただけ。このビデオでは分子発生生物学研究の歴史を検討し、発達生物学者によってキーの質問を紹介しました。また著名な研究戦略を検討し、現在のアプリケーションのいくつかを説明しました。いつも見てくれてありがとう!

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