Ricercatori Caltech revisione di lunga data teoria del moscerino della frutta di sviluppo

Per decenni, i testi della scienza hanno raccontato una storia semplice e chiara su una proteina particolare - un fattore di trascrizione - che aiuta l'embrione la mosca della frutta, Drosophila melanogaster, tessuti pattern in un modo che dipende dal livello di tale fattore all'interno di singole celle.

'Per 20 anni, questo sistema di patterning è stato utilizzato nei libri di testo come un paradigma per la strutturazione di embrioni, controllato da fattori di trascrizione', dice Angelike Stathopoulos, assistente professore di biologia presso il California Institute of Technology (Caltech).

Ora Stathopoulos ei suoi colleghi Caltech, segnalazione l'edizione online del Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), hanno chiesto che il paradigma in questione, rivelando un racconto che è sia più complesso e potenzialmente più interessante di quello descritto in precedenza.

Il calcio-embrione a forma di mosca della frutta ha una dorsale (back / alto) e un lato ventrale (anteriore / basso) lato. Durante lo sviluppo, le cellule in ciascuna di queste regioni cominciano a differenziarsi e ad assumere specifiche funzioni specializzate.

Tali decisioni sono influenzate, almeno in parte, attraverso segnali chimici in ambiente delle cellule ', compresi i segnali chiamati fattori di trascrizione - proteine che, promuovendo la trascrizione delle sequenze di DNA particolare, stabilire se i geni specifici sono attivati o disattivati.

In Drosophila, i libri di testo ha detto, le decisioni in embrione precoce sono effettuati da un fattore di trascrizione chiamato dorsali (che, confusamente, si trova principalmente nelle cellule nella parte ventrale dell'embrione, ed è assente in quelle situate nella parte dorsale). Dorsale è stato detto di essere il fattore determinante per il destino finale delle cellule in cui è presente - fintanto che è presente in alte concentrazioni abbastanza per essere notato dai nuclei.

'C'è una soglia', dice postdoctoral Caltech studioso Greg Reeves. 'A seconda del livello del segnale, la decisione se per differenziare un modo o nell'altro è fatto.'

E la forza del segnale i nuclei sono esposti, egli dice, è determinato almeno in parte la loro posizione, i cambiamenti del segnale su una pendenza lungo l'asse dorsale-ventrale dell'embrione che va da elevata a livelli quasi inesistenti del fattore.

'La pendenza stabilisce i confini dell'espressione genica', spiega Reeves. "E 'come una radio-segnale torre si può dire quanto sei lontano dalla torre di un segnale chiaro di come si riceve. A una certa distanza, non sarà in grado di sentire il segnale a tutti. '

Ma se si guarda attentamente il patterning che si verifica nell'embrione di Drosophila, note Stathopoulos, questa teoria che dorsale è il principale determinante della patterning rientra breve di spiegare l'intero processo. Questo perché, come ha dimostrato lo studio, alcuni dei nuclei nell'embrione rispondono a un segnale che non dovrebbe essere in grado di sentire.

'Questi sono i luoghi in cui i livelli del fattore flatline,' lei sottolinea, 'ma hai ancora i modelli che fanno lì.'

Perché questa disparità non era stato visto prima? Perché le misurazioni precedenti nell'embrione di Drosophila aveva guardato i livelli complessivi di dorsali - ai suoi livelli, non solo nei nuclei, in cui il fattore di trascrizione fa il suo lavoro, ma nel citoplasma pure. In quanto i livelli citoplasmatici di dorsali luogo quando i livelli nucleari autunno, celle con poco o nessun fattore di lavoro di trascrizione nel nucleo può ancora mostrare livelli significativi del fattore globale, grazie alla sua presenza nel citoplasma. Così, i ricercatori hanno sempre creduto che dorsali segnalazione è critica in gran parte dell'embrione.

Il team di Caltech - che comprendeva Stathopoulos, Reeves, ed ex studente Caltech Louisa Liberman, ora presso la Duke University - hanno mostrato nel loro documento PNAS che gli effettivi di segnalazione dal nucleare opere dorsali su una gamma piuttosto breve. 'Pensiamo, ora, che è solo un mezzo di controllo del patterning che accade in questi embrioni,' Stathopoulos dice.

Nel documento, il team di Caltech guardato non solo a livello nucleare del fattore di trascrizione, ma a come quei modificare i livelli di tutte le fasi precoci dello sviluppo embrionale. Hanno trovato che dorsali fornisce informazioni sulla posizione in costante evoluzione per i nuclei, sollevando la questione di come un tale segnale dinamica potrebbe essere interpretato.

'Abbiamo dimostrato che, invece di una quantità costante di segnale raccontare le cellule che cosa fare, le variazioni del segnale nel tempo', dice Reeves.

Ancora, i ricercatori dicono che dorsali chiaramente è critico per patterning in alcune parti dell 'embrione. "E 'solo che non controlla tutti i domini tutto il tempo', dice Stathopoulos.

I ricercatori propongono che la chiave per comprendere patterning in embrioni di Drosophila è quello di individuare altri fattori di trascrizione che lavorano con dorsali per il controllo patterning nelle regioni dorsali. Anche se i livelli di flatline dorsali qui, questi altri fattori possono fornire le necessarie cellule ulteriori informazioni necessità di decifrare la loro posizione relativa. Il gruppo è attivamente alla ricerca di tali fattori di trascrizione.

Fonte: California Institute of Technology