Eine Einführung in die Molekulare Entwicklungsbiologie

Developmental Biology
 

Summary

Molekulare Signale Rolle eine wichtige in der komplexen Prozesse, die während der Embryonalentwicklung. Diese Signale regulieren Aktivitäten wie Zelldifferenzierung und Migration, die zur Bildung von bestimmten Zelltypen und Strukturen beitragen. Die Verwendung von molekularen Ansätze kann Forscher diese physikalischen und chemischen Mechanismen im Detail zu untersuchen.

Dieses Video wird eine kurze Geschichte der Erforschung der molekularen Ereignisse während der Entwicklung überprüfen. Nächste, wichtige Fragen der molekularen Entwicklungsbiologie Biologen heute überprüft werden, gefolgt von einer Diskussion über mehrere prominente Methoden verwendet, um Antworten auf diese Fragen, wie Verfärbungen, explant Kultur und live-Cell-Imaging. Schließlich betrachten wir einige aktuelle Anwendungen dieser Techniken zur Erforschung der Entwicklungsbiologie.

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JoVE Science Education Database. Grundlagen der Entwicklung Biologie. Eine Einführung in die Molekulare Entwicklungsbiologie. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Studien auf dem Gebiet der molekularen Entwicklungsbiologie Aufschluss über die Veränderungen auf zellulärer Ebene während der Differenzierung und Entwicklung. Forscher untersuchen die physikalischen und chemischen Mechanismen, die Zellfunktionen regulieren. Dadurch verstehen, wie Zellen spezialisierte Gewebe innerhalb der reifenden Embryo hervorrufen, und wie Defekte auf molekularer Ebene zu Krankheiten führen können.

Dieses Video präsentiert eine kurze Geschichte der molekularen Entwicklungsbiologie, stellt wichtige Fragen, die die Wissenschaftler in diesem Bereich beschreibt einige Tools zur Verfügung, um diese Fragen zu beantworten und ein paar aktuelle Laboranwendungen diskutiert.

Zunächst einige Wahrzeichen Studien in der Geschichte der molekularen Entwicklungsbiologie Forschung zu überprüfen.

Im Jahre 1957 veröffentlicht Conrad Waddington ein Buch mit dem Titel "Die Strategie der Gene" in dem er versuchte zu erklären, wie die Zelle Schicksal entschieden ist. Basierend auf zuvor durchgeführten Gewebe Transplantation Studien, präsentierte er ein konzeptionelles Modell beschreiben, die eine Zelle wie eine Murmel rollt einen Hang hinunter, und der Weg, den es braucht, um den Boden erreichen wird seine differenzierte Endzustand bestimmen. Diese Idee, dass unterschiedliche Zelltypen aus undifferenzierten Zellen unterschiedliche Signale während der Entwicklung entstehen wurde bekannt als die "epigenetische Landschaft."

Etwa zur gleichen Zeit beobachtet Rita Levi-Montalcini und Stanley Cohen, dass Tumoren in Küken Embryonen Verpflanzung zu schnellen Neuron Wachstum geführt. Sie vermutet, dass eine Substanz von den Tumoren verursacht dieses Wachstum abgesondert, und das Protein als Nervenwachstumsfaktor oder NGF identifiziert. Bald darauf entdeckte Cohen ein weiteres Wachstum-Faktor, der wurde durch Maus Speicheldrüse abgesondert und förderte das Wachstum der Epithelzellen. Er identifizierte dieses Protein als epidermalen Wachstumsfaktor EGF.

Später, im Jahr 1969 schlug Lewis Wolpert eine Theorie über, wie eine bestimmte Klasse von Signalisierung, dass Moleküle, sogenannte Morphogens, direkt auf Zellen, konkrete Antworten in unterschiedlichen Konzentrationen induzieren handeln. Er benutzte Farben der französischen Flagge Modell Zelle Staaten, rote dienenden den Standardstatus, wenn kein Signal vorhanden ist. Von dort aus könnte niedrig Morphogen Konzentrationen, gezeigt in weiß, ein Gen, aktivieren, während hohe Morphogen Konzentrationen, blau, ein anderes gen aktivieren könnte.

Aufbauend auf dieser Arbeit, 1988 identifiziert Christiane Nüsslein-Volhard durch Durchführung von genetischen Bildschirme auf fliegen die ersten bekannten Morphogen. Sie pflegte Antikörper um zu zeigen, dass eine Protein, bekannt als Bicoid, ein Konzentrationsgradient entlang der anterior-posterioren Achse des sich entwickelnden Embryos bildet und die Expression von Genen, die steuert für die Organisation der Kopf und Thorax Regionen wichtig.

In den frühen 1990er Jahren verwendet Peter Lawrence und Ginés Morata ihre eigene Arbeit in fliegen, um die Theorie der gestaltbildenden Gradienten zu erweitern. Sie vermutet, dass eine Reihe von Zellen verantwortlich für die Organisation ein bestimmtes Fach des Organismus ist. Während Entwicklung voranschreitet, weisen molekulare Signale diese Zellen zu teilen und zu konstruieren mehr Fächer, fort, bis der gesamte Organismus gebildet wird.

Jetzt, wo wir einige historische Highlights überprüft haben, betrachten wir ein paar grundlegende Fragen der aktuellen Entwicklungs Biologen.

Um zu beginnen, konzentrieren einige Forscher auf die Ermittlung der Moleküle, die Entwicklung zu regulieren. Zum Beispiel könnten sie einzelne oder Kombinationen von, Wachstumsfaktoren gezeigt, dass eine bestimmte Zelle Antwort wie Differenzierung oder Migration verursachen untersuchen.

Andere Entwicklungsstörungen Biologen untersuchen, wie diese Moleküle regulieren den Entwicklungsprozess. Sie können studieren, wie die Konzentration eines molekularen Signals mitteilen kann, eine Zelle zu differenzieren oder zu migrieren. Sie auch Fragen wie die Zellen mit anderen nahe gelegenen Zellen kommunizieren und Signalmoleküle, die über eine kurze Distanz zu verbreiten und handeln lokal, bekannt als parakrine Faktoren betrachten.

Abschließend noch einige Entwicklungen Biologen zu verstehen, wie Zellen auf äußere Signale reagieren. Sie können Änderungen im Inneren der Zelle selbst, z. B. erhöht oder verringert in der Expression von bestimmten Genen, studieren, durch einen Blick auf ihre kodierten Proteine. Andere konzentrieren sich auf äußere Veränderungen, wie z. B. Veränderungen in der Zelle Form oder Größe.

Jetzt haben Sie ein Gespür für wichtige Fragen der molekularen Entwicklungsbiologie Biologen betrachten einige Techniken, die sie verwenden, um Antworten auf diese Fragen zu finden.

Färbung ist eines der am weitesten verbreitete Ansätze gen Expressionsmuster zu untersuchen, und die Moleküle zu identifizieren, die Entwicklung zu regulieren.

Immunohistochemistry ist eine Färbung Technik, die Antikörper konjugiert zu chemischen oder fluoreszierende Reportern an Label Proteine verwendet. Visualisierung der Proteine durch Fluoreszenz-Mikroskopie bietet Einblicke in ihre Lokalisierung in Gewebeschnitten und auch ihren möglichen Beitrag zur Zellstrukturen. Vollständig-hängen in Situ Hybridisierung ist eine Alternative Methode, die beschrifteten DNA oder RNA-Oligonukleotide verwendet, um Muster der Genexpression in dreidimensionale Gewebe betrachten Färbung.

Explant Kultur ist ein weiteres häufig verwendete Ansatz in diesem Bereich, die Mechanismen zu studieren, durch die äußere Reize handeln. Bei dieser Technik ist eine Gewebe aus der natürliche Ort des Wachstums entfernt und in Kultur gezüchtet. Bestimmte Wachstumsbedingungen, wie das Substrat auf die Kultur Platten oder hinzugefügt, um die Nährmedien, Wachstumsfaktoren können dann auf ihre Auswirkungen auf die Entwicklung von Zellen und Geweben untersucht werden.

Live Cell Imaging wird verwendet, um Zell-Reaktionen auf Entwicklungsstörungen Reize zu analysieren. In-vitro- Kulturen eignen sich gut für die Erfassung von Zellbewegungen und Lokalisierung Muster in Echtzeit. Gebeizt oder Fluoreszent markierte Zellen werden auch verfolgte in Vivo mit Zeitraffer-Mikroskopie.

Zellen aus einem Gewebe von Interesse sind häufig von einem Spender transplantiert, um einen Wirtsorganismus und dann im Laufe der Entwicklung überwacht.

Nun, da Sie mit einigen allgemeinen Labormethoden vertraut sind, sehen wir uns einige Anwendungen der molekularen Entwicklungsbiologie Forschung.

Ein Ansatz zur Bestimmung der Rolle bestimmte Gen-Produkte in der Entwicklung spielen ist, ihren Ausdruck durch äußere Mittel zu ändern. In diesem Experiment wurden antisense Oligonukleotide genannt Morpholinos Knockdown zwei Zebrafisch Genen wichtig für die Entwicklung der richtigen Innenohr injiziert. Immunostaining von Strukturproteinen zeigte, dass Embryonen mit reduzierten Genexpression weniger Neuronen und Haarzellen im Innenohr, im Vergleich zu den Kontrollen zeigen.

Eine weitere Anwendung der molekularen Entwicklungsbiologie ist, herauszufinden, wann und wo Gene exprimiert werden, um besser zu verstehen, wie ihre kodierten Proteine funktionieren können. Forscher in diesem Experiment verwendet Eindringmittel beschriftete RNA-Sonden ergänzen zwei Ziel Transkripte um Zellen, die Transkription eines oder beide Gene von Interesse zu identifizieren.

Einige Wissenschaftler verwenden Explant Kulturen, um Zell-Reaktionen unter verschiedenen Bedingungen zu analysieren. In diesem Experiment Ermittler sensorische Neuronen aus dem Innenohr Küken Embryonen seziert und für mehrere Stunden kultiviert. Als nächstes wurden Kulturen auf Medien mit Protein Perlen umgestellt. Time-Lapse confocal Bilder nach Inkubation mit markierten Antikörpern ergab, dass Proteine an den Perlen Projektionen aus Neurons Zellkörper gefördert.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Molekulare Entwicklungsbiologie beobachtet. In diesem Video haben wir überprüft die Geschichte der molekularen Entwicklungsbiologie Forschung und wichtige Fragen, die die Entwicklungs Biologen eingeführt. Wir auch prominente Forschungsstrategien erforscht und diskutiert einige ihrer aktuellen Anwendungen. Wie immer vielen Dank für das ansehen!

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