C. elegans Gelişme ve Üreme

Caenorhabditis elegans, anatomik olarak küçük ve genetik olarak basit, çok hücreli bir organizmadır. Omurgalılar gibi diğer organizmaların daha değişken gelişim programlarına sahip olmasına rağmen, solucan gelişimi ve üremesi üzerine yapılan araştırmalar, biz de dahil olmak üzere çeşitli türlerde gelişimi düzenleyen moleküler mekanizmalar hakkında önemli bilgiler vermiştir. Solucan gelişiminin ve yaşam döngüsünün iyi bir şekilde değerlendirilmesi, genetik deneylerin başarısı için kritik öneme sahiptir.

İlk olarak, solucan gelişiminin temel yönlerini öğrenelim. Döllenme üzerine, ilk büyük olay, ön-arka eksenin kurulduğu asimetrik bir hücre bölünmesidir. Dorso-ventral eksen, iki hücreli ve dört hücreli aşama arasında kurulur ve sol-sağ eksen, dört hücreli aşamadan kısa bir süre sonra kurulur.

Hücre bölünmesinin ilk beş turunda altı kurucu hücre ortaya çıkar. Bunlar AB, MS, E, C, D ve P4'tür. Her solucanda, bu aynı kurucu hücreler her zaman aynı spesifik dokulara yol açacaktır.

AB'nin hücresel torunları sonuçta nöronlara ve farenks dokusuna yol açacaktır. MS kas, farenks ve nöronlara yol açar. E'den türetilen hücreler bağırsak dokusu haline gelir. C kas, nöronlar ve cilde yol açar. Kurucu D'den gelen hücreler vücut duvarı kası haline gelir. Ve son olarak, P4 hücresi germ hattına yol açacaktır

Hücre-hücre etkileşimleri, bu nihai hücre kaderlerini belirlemek için kritik öneme sahiptir. Örneğin, ABp'nin P2 ile etkileşimi, nöronların ve epitel hücrelerinin ortaya çıkması için önemlidir. ABa'nın EMS ile etkileşimi, faringeal hücrelerin oluşumu için gereklidir. Dört hücreli aşamada EMS'nin arka tarafı ile P2 arasındaki etkileşim, EMS hücresinden üretilen E hücresinin bağırsak hücrelerine farklılaşması için gereklidir.

Birkaç erken bölünmeyi takiben, embriyo yaklaşık 30 hücreli aşamaya ulaştığında, solucan yumurtası serilir. Daha fazla hücre bölünmesi, hücre sayısında artışa ve organ oluşumuna yol açar. Son olarak, minik solucan yumurta kabuğunun içinde hareket etmeye başlar ve farenksi pompalanmaya başladıktan kısa bir süre sonra yumurta çatlar.

C. elegans gelişiminin önemli bir yönü, belirli hücrelerin seçici olarak çıkarılmasına yol açan apoptoz veya programlanmış hücre ölümüdür. Solucan gelişiminin embriyonik aşamasında, apoptoz sonucu 113 hücre ölür.

Embriyonik gelişimi gözden geçirdikten sonra, yumurtadan yeni çıkmış bir solucanın yaşam döngüsü hakkında bilgi edinelim. C. elegans yaşam döngüsü, yetişkinlik tarafından takip edilen L1, L2, L3, L4 olmak üzere dört larva aşamasından oluşur. Yiyecek kıtlığı gibi belirli çevresel koşullar altında, geç L1 veya L2 larvaları tutuklanır ve dauer aşaması adı verilen alternatif bir gelişim programına girer. Yavrular bu aşamada aylarca kalabilirler, ancak yiyecek bulunduktan sonra normal gelişim programına yeniden girerler.

Solucanların iki cinsiyeti vardır - kendi kendine döllenen hermafroditler ve erkekler. Hermafroditlerin sivri bir kuyruğu vardır ve yaşlarına uygun erkeklerden hem daha geniş hem de daha uzundurlar. Diseksiyon mikroskobu altında, erkekler ince vücutları ile kolayca ayırt edilir, ancak en derin fark, çiftleşme aparatını taşıyan erkek solucanın ayırt edici kuyruğudur.

Hermafrodit germ hattı hem oosit hem de sperm üretirken, erkek germ hattı sadece sperm üretir. Germ hattı, distal uçta, olgun gametler üretmek için proksimal uca doğru hareket eden kök hücreler içerir.

Kendi kendine döllenme yoluyla, yetişkin bir hermafrodit, iki cinsiyet kromozomu ile genetik olarak aynı hermafrodit dölünü üretir. Bazen, kromozomların hermafrodit germ hattında düzgün bir şekilde ayrılamaması olan ayrılmama, yalnızca bir cinsiyet kromozomuna sahip erkek döllerle sonuçlanır. Yüksek sıcaklık, ayrılmayan olayların sıklığını artırır

Eşeyli üremenin genetik çeşitlilik için itici güç olduğu düşünülmektedir. Çiftleşme düşük bir sıklıkta gerçekleşse de, doğada C. elegans'da kendi kendine döllenme birincil üreme şeklidir. Solucan biyolojisinde cevaplanmamış önemli bir soru, erkeklerin neden evrim yoluyla korunduğudur.

Artık C. elegans gelişimi ve yaşam döngüsü hakkında biraz bilgi edindiğinize göre, bu bilgiyi genetik çaprazlamalar oluşturmak için pratik olarak nasıl uygulayabileceğimizi görelim. Başlamadan önce, genetik stratejiyi dikkatli bir şekilde planlamak önemlidir.

Aseptik teknik, bakteri ve mantar kontaminasyonunu önlemek için önemlidir. Solucan suşlarının geri kazanılması imkansız olabileceğinden plakaların kurumasına izin vermeyin. Bir çiftleşme kurma gününde, plakanın ortasında konsantre bir bakteri lekesi bulunan birden fazla plaka hazırlayın. Plakayı suş adları ve tarihi ile etiketleyin. Bir çiftleşme ayarlamak için, her plakaya üç L4 veya genç yetişkin hermafrodit ve on iki L4 veya genç yetişkin erkek koyun. Uygun sıcaklıkta inkübe edin ve dört gün sonra plakaları çapraz döl açısından kontrol edin. Yaklaşık% 50 erkeğin varlığı, melezin işe yaradığının ilk göstergesidir. L4 hermafrodit melez döllerini seçin, çünkü bunlar henüz plakadaki herhangi bir erkekle çiftleşmemiştir. Gözlemlenen fenotipin beklenen fenotiple eşleştiğinden emin olmak için onları yakından takip edin.

C. elegans yaşam döngüsünün ve gelişiminin anlaşılması, hücre biyolojisindeki önemli temel soruların ele alınmasına yardımcı olmuştur.

Germ hattındaki apoptoz, insanlar da dahil olmak üzere birçok organizmada oogenez, embriyogenez ve organogenezin ayrılmaz bir parçasıdır. Apoptozun birçok düzenleyicisi insanlar ve solucanlar arasında korunur. Bu nedenle, C. elegans, çeşitli türlerde oogenez sırasında neden bu kadar çok germ hücresinin öldüğünü anlamak için benzersiz bir sistemdir.

C. elegans'daki tek iyi niyetli kök hücre hatları distal uçtaki germ hattı kök hücreleridir. Bunlar, kök hücre nişlerinin nasıl korunduğunu ve hücrelerin nasıl farklılaşmaya bağlı kaldığını anlamak için bir paradigma olarak kullanılmıştır.

İnsanları enfekte eden birçok parazitik nematod, C. elegans'taki dauer aşamasına benzer şekilde larva durmasından geçer. Enfeksiyonu takiben gelişime devam ederler. Birçok tarımsal ürün de tutuklayan parazitik nematodlar tarafından istila edilir. Dauer mekanizmalarının daha iyi anlaşılması, bu nematodlara karşı daha iyi tedavilere yol açacaktır.

Az önce JoVE'nin C. elegans geliştirme ve yeniden üretimine giriş bölümünü izlediniz. Bu videoda, C. elegans'ın embriyonik gelişimini, hücre kaderi özelliklerini ve yaşam döngüsünü gözden geçirdik. Bu alanlardaki araştırmalar, apoptoz, kök hücreler ve bulaşıcı nematodların mekanizmaları hakkında önemli bilgiler vermiştir.

İzlediğiniz için teşekkürler ve C. elegans araştırmanızda iyi şanslar.