Developmental
Download
1 / 69

Developmental Genetics - PowerPoint PPT Presentation


  • 154 Views
  • Uploaded on

Developmental Genetics. Developmental Genetics. Topics : I. Genetic Basis of Differentiation II. Control of Gene Expression in Differentiation III. Nature of Determination. Development ของ organism. การเจริญพัฒนา Single fertilized egg cell เป็น embryo และไปเป็น adult

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Developmental Genetics' - ciaran-landry


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

Developmental genetics
Developmental Genetics

Topics :

I. Genetic Basis of Differentiation

II. Control of Gene Expression in

Differentiation

III. Nature of Determination


Development organism
Development ของ organism

  • การเจริญพัฒนา Single fertilized egg cell เป็น embryo และไปเป็น adult

  • Adult ประกอบด้วย cells จำนวนหลาย trillions (1012)

    ซึ่งถูกจัดเป็นองค์กรได้ organs ต่าง ๆ

  • Organ ประกอบด้วย tissues กลุ่มต่าง ๆ ที่มีหน้าที่และความชำนาญต่างกัน

  • Tissue คือ กลุ่มเซลล์ที่มีรูปร่างและ หน้าที่คล้ายกัน




Differentiation
Differentiation

  • การแสดงออกของ คุณลักษณะพิเศษ (specialized characteristics) ของเซลล์ type ต่าง ๆ

  • Specialized cellular functions ขึ้นกับ

    1) Proteins : structural proteins for cell shapes

    2) Enzymes : specific chemical reactions

    3) Hormones : signals from cell to cell


Genetics developmental pathway
Genetics ของ Developmental Pathway

  • วิเคราะห์ ด้วย Mutation

  • Developmental pathway ประกอบด้วยเหตุการณ์ใน differentiation

  • ทำให้เกิดโครงสร้างของ tissues และ organs หรือก็คือ Phenotypes ของ differentiated cells



I genetic basis of differentiation
I. Genetic Basis pathway of Differentiation


I genetic basis of differentiation1
I. Genetic Basis of Differentiation pathway

1. Theory of development

1.1 Theory of Mosaic Development

1.2 Theory of Regulative Development

2. Substances of development

2.1 Determinants

2.2 Inducers

2.3 Morphogens


Genetic basis cell differentiation
Genetic Basis ของ Cell Differentiation pathway

  • Early embryonic cells: จำนวนมากเหมือนกันทั้ง รูปร่างและหน้าที่

  • Differentiated cells : ผลิต specialized products 2 กลุ่มใหญ่

    1) Fundamental proteins ที่จำเป็น (vital) ต่อชีวิตโดย

    Housekeeping genes : RNA polymerases &

    ribosomal proteins

    2) Specialized cell products สำหรับบาง organs โดย

    Luxury genes : hemoglobin, insulin


Theory pathway

of

Development


1 theory of development
1 pathway . Theory of Development

มี 2 ทฤษฏี อธิบายให้รู้ว่า Expression ของ genes ระหว่าง development ในเซลล์แต่ละชนิดไม่เหมือนกัน

  • gene หนึ่ง express ในเซลล์ชนิดหนึ่ง

  • gene อื่น express ในเซลล์อีกชนิดอื่น

    1.1 Theory of Mosaic Development

    1.2 Theory of Regulative Development


1 1 theory of mosaic d evelopment
1.1 Theory of pathway Mosaic Development

  • Differentiation ของ embryonic cells เกิดจากการสูญเสีย genetic potential ตั้งแต่เริ่มต้นไปเรื่อย ๆ ระหว่างการเปลี่ยนแปลง

  • ในแต่ละ cell cycle ระหว่าง development เซลล์ลูกจะไม่ได้ genetic material เท่ากัน --> เซลล์ไม่เหมือนกัน

  • เมื่อรวมเซลล์ทั้งหมดใน organism จึงมีเซลล์หลายแบบคละกันเป็นกระ (mosaic)

  • Embryo เรียกว่า Mosaic embryo


  • นั่นคือ ระหว่างแบ่งเซลล์ Genes ถูกแบ่งเป็นส่วน

  • genes ส่วนมากสูญเสีย potential ระหว่าง differentiation คง เหลือแต่

    1. Housekeeping genes และ

    2. Luxury genes

  • ใน invertebrate พบความแตกต่างของเซลล์ใน embryo ตั้งแต่ระยะ 2 เซลล์ ขึ้นไป และ

  • พบว่าถูก programmed มาแล้ว เช่นส่วนที่ differentiate ไปเป็น ระบบประสาท หรือ กล้ามเนื้อ


1 2 theory of regulative development
1.2 Theory of Regulative Development ระหว่างแบ่งเซลล์

  • เซลล์ embryo ของ eukaryote ชั้นสูงติดอยู่รวมกันจนถึงระยะ 8 cells จึงแยกกันเป็นแต่ละเซลล์

  • ทั้ง 8 เซลล์สามารถ develop เป็น 8 organisms

  • แสดงว่าแต่ละเซลล์ของทั้ง 8 ถูกควบคุม (regulated)

    ให้มีคุณสมบัติ Totipotent คือ ยังคงมี genetic materials ครบทั้งหมดสามารถแยกให้เจริญเป็น 8 ตัวปกติได้

  • Embryo เรียกว่า Regulative embryo


  • นั่นคือ ระหว่างแบ่งเซลล์เซลล์ embryo รักษา genetic materials ไม่ให้สูญเสีย เป็นเวลานานถึง 3 cell division cycles ซึ่งเป็นเวลานานกว่า mosaic development

  • พัฒนาการแบบนี้ เรียกว่า Regulative development

    เช่น embryo ของ humans ที่เกิดแฝดเหมือนได้หลายคน (ถึง 8 คน)


ผ่านระยะนี้แล้ว totipoten ระหว่างแบ่งเซลล์cy ไม่แน่นอน อาจ

  • คง totipotent เช่น stem cells/ precursor cells ของ เซลล์เม็ดเลือดในใขกระดูก

  • สูญเสีย genetic potential ส่วนมากไป เช่น muscle cells และ nerve cells

    ในพืช adult cell เพียง 1 เชลล์ เป็น totipotent differentiated cells สามารถเจริญเป็นพืชทั้งต้นได้ ซึ่งใช้ประโยชน์ในการทำ tissue culture


โดยสรุป ระหว่างแบ่งเซลล์: animals & plants

  • บางชนิดมี totipotent differentiated cells บางชนิดไม่มี

  • ดังนั้นการสูญเสีย genetic material ใน differentiation ของเซลล์ จึงไม่จำเป็น และ

  • ไม่มีหลักฐานการสูญเสีย genes ระหว่าง

    cell differentiation

  • แต่มีหลักฐานแสดงว่า cell differentiation มีสาเหตุจาก Epigenetic changesซึ่งเป็นการเปลี่ยนใน

    gene expression ไม่ใช่ที่ตัว genes โดยตรง


Substances ระหว่างแบ่งเซลล์

in

Development


2 1 determinant
2. 1 Determinant ระหว่างแบ่งเซลล์

  • ก่อนเซลล์ differentiate และ express specific function เซลล์ต้องผ่านกระบวนการ Determination

  • Determination เป็นระยะที่เซลล์ผ่าน point of no return หรือ irreversible commitment ใน Development program หรือ fate หรือตัดสินชนิดของเซลล์

  • พบว่ามี สาร Effector substancesใน cytoplasm ในใข่ เป็น Determinants


  • Gradient of determinations ระหว่างแบ่งเซลล์determinants อยู่ใน egg และกระจายไม่เท่ากันกระจายจากมากไปหาน้อยเป็นระดับ (gradient) จาก บน --> ล่าง (animal pole --> vegetal pole) และจาก side --> side


  • Determinants อาจเป็น Maternal messages ระหว่างแบ่งเซลล์

  • mRNA สังเคราะห์ขึ้นจำนวนมากแล้วเก็บสะสมไว้ระหว่าง การเจริญของ egg (developing egg) หรือ

  • Determinants อาจเป็น Transcription factors ซึ่งจะไม่พบใน egg

  • แต่สังเคราะห์โดย embryonic cells ของ embryo ในระยะหลัง


2 2 inducers
2.2 Inducers ระหว่างแบ่งเซลล์

  • Substance ที่เซลล์หนึ่งผลิตขึ้นให้ไปมีอิทธิพลต่อ

    การพัฒนาการของอีกเซลล์หนึ่ง หรือ เป็น Signal จาก cell ถึง cell เช่น

  • เนื้อเยื่อ embryo 3 ชั้น Mesoderm จะ induce development ของ Ectoderm

  • กล้ามเนื้อ induce พัฒนาการของ ระบบประสาท


2 3 morphogens
2.3 ระหว่างแบ่งเซลล์Morphogens

  • เป็น subsets ของ determinant และ inducer

  • Morphogen ตัดสินรูปร่าง (morphology) ของ embryo ที่กำลังพัฒนา

  • Morphogen สามารถชักนำให้เกิดการเปลี่ยนรูปร่างในต่าง embryo ได้ในการทำ transplantation

  • เช่น ใน chick limb bud มี Retinoic acid กำหนดและชักนำให้พัฒนา เป็นนิ้ว (digits)


  • พบว่า Retinoic acid เป็น ระหว่างแบ่งเซลล์morphogen ในพัฒนาการของหลายเนื้อเยื่อและหลายสิ่งมีชีวิตรวมทั้งคน

  • Retinoic acid ยังสามารถทำงานร่วมกับ hormones อื่นใน differentiation ได้ด้วย


Ii control of gene expression in differentiation
II. ระหว่างแบ่งเซลล์Control of Gene Expressionin Differentiation


Ii control of gene expression in differentiation1
II. Control of Gene Expression in Differentiation ระหว่างแบ่งเซลล์

  • Differentiation เกิดโดยการ turn-on ของ genes

    ที่เลือกแล้ว

  • เป็น control ของ structural gene expression ระดับ

    • Transcription,

    • Posttranscription,

    • Translation และ

    • Posttranslation


Control prokaryote
Control ใน Prokaryote ระหว่างแบ่งเซลล์

  • มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากใน gene expression และ cellular activity

  • เช่น ใน bacteria เจริญจาก Sporulation

    --> Vegetative

  • พบการเปลี่ยนที่ sigma (s) factor ของ RNA polymerase และ เปลี่ยนตามเวลา


Control eukaryote

Control ใน ระหว่างแบ่งเซลล์Eukaryote

Expression ของ luxury genes

1. Hormone activation of genes

2. Hormone-responsive elements

3. Light-induction of plant genes


1 hormone activation on genes
1. Hormone Activation on Genes ระหว่างแบ่งเซลล์

  • Hormone ทำงานโดย turn on transcription ของ specific genes ใน target cells ได้

    1. โดยตรง โดย เข้าไปจับกับ genes ใน nucleus

    2. โดยอ้อม โดยผ่าน second messenger ที่ cell membrane หรือใน cytoplasm

  • Hormone action เป็น complex process ทั้ง 2 วิธี ต้องมี receptor เฉพาะชนิด hormone


Steroid hormone
Steroid Hormone ระหว่างแบ่งเซลล์

  • Steroid hormone มีบทบาทสำคัญใน development และ differentiation

  • Steroid hormone ซึมผ่าน cell membrane เข้า cytoplasm เข้า nucleus ไปจับกับ receptor ใน nucleus

  • Hormone-receptor complex ไปจับ chromatin ไป activate genes ที่เกี่ยวข้องให้มี Transcription


Effect ของ ระหว่างแบ่งเซลล์Steroid Hormone ต่อ Gene Expression


Activation estrogen ovalbumin gene chick oviduct
Activation ระหว่างแบ่งเซลล์ของ Estrogen ต่อ Ovalbumin Gene ใน chick oviduct

  • estrogen-receptor complex มี binding site ที่ระหว่าง 250-300 base pairs upstream จาก TATA box

  • hormone-receptor complex ก็คือ transcription factor ที่ bind และ stimulate ที่ตำแหน่ง enhancer ของ gene


H ormone family receptor nucleus
H ระหว่างแบ่งเซลล์ormone อีกหลาย family ที่มี receptor ใน nucleus

ซึ่งมีบทบาทสำคัญใน development

1) Glucocorticoid receptor : mediate gene โดย

hormone cortisol

2) Vitamin D3 receptor

3) Thyroid hormone receptor

4) Retinoic acid receptor

  • Response ของเซลล์ ขึ้นกับการมี receptor หรือไม่


2 hormone responsive e lements hre
2. Hormone-Responsive ระหว่างแบ่งเซลล์Elements (HRE)

  • คือ Enhancer สำหรับจับกับ receptor ของ hormone หรือกับ hormone-receptor complex

  • Enhancer ที่ถูกจับแล้วจึงไปช่วย Promotor ของ gene เพื่อให้ RNA polymerase ทำ transcription บน gene ได้

  • พบมี HRE สำหรับ hormone และ receptor หลายชนิด


2 1 hre retinoic acid receptor retinoic acid responsive element rare
2.1 HRE ระหว่างแบ่งเซลล์สำหรับ Retinoic Acid Receptor Retinoic acid responsive element (RARE)

เป็น binding site บน DNA

สำหรับจับ

Retinoic acid receptor (RAR)

RAR โมเลกุลคล้ายนิ้วมือ

เรียกว่าFinger protein

ซึ่งมี 2 Zinc fingers


  • Retinoic acid receptor (RAR) = protein ระหว่างแบ่งเซลล์

  • จับกับ Retinoic acid responsive element (RARE)

    = DNA sequence ได้ RAR-RARE complex บน DNA

  • แล้ว Retinoic acid (R) จึงเข้าจับกับ RAR-RARE complex

  • RAR-RARE complex จึงไป stimulate gene ที่อยู่ใกล้

  • RARE พบใน growth hormone geneในต่อม pituitary ซึ่งผลิต growth hormone


Action retinoic acid
Action ของ ระหว่างแบ่งเซลล์Retinoic Acid

RAR (receptor) + RARE (element)

RAR-RARE Complex /----Promotor-----Gene-----/

/-------RAR-RARE-Promotor-----Gene-----/ Transcription

Retinoic Acid RNA Polymerase


2 2 hre thyroid hormone receptor thr
2.2 HRE สำหรับ ระหว่างแบ่งเซลล์Thyroid hormone receptor (THR)

  • RARE เป็น enhancer ของ Thyroid hormone receptor (THR) ด้วย

  • ทำให้ thyroid hormone ทำงานร่วมกับ retinoic acid ในการ ควบคุมการผลิต growth hormone

  • โดย thyroid hormone receptor จับกับ RAR ได้ dimer ไปจับ growth hormone RARE --> turn on growth hormone gene --> growth hormone


2 3 rare enhancer vitamin d 3 receptor
2.3 RARE ระหว่างแบ่งเซลล์เป็น Enhancer ของ Vitamin D3 Receptor

  • Vitamin D3ทำงานร่วมกับ Retinoic acid

  • โดยจับกับ VDR และ RAR ตามลำดับ ที่ RARE

  • ร่วมกัน turn on Osteocalcin gene --> product เกี่ยวกับ differentiation ของ immature Osteoblasts

  • Osteoblasts uptake calcium

  • Osteoblasts differentiate เป็น mature Osteocytes


Cells response hormone
สรุปได้ว่า ระหว่างแบ่งเซลล์Cells ทั้งหมด response ต่อ hormoneไม่เหมือนกัน เพราะ มี

  • hormone receptor มีความเฉพาะ specificity ต่างกัน

  • Hormones ส่วนมากมี target เพียง 2-3 cell types

  • กรณี Retinoic acid ใน vertebrate มี receptor 3 types

  • เฉพาะ typeRARaพบมีในเซลล์เกือบทุกชนิด

  • Retinoic acid จึงเป็น Morphogen พื้นฐาน

  • Hormone receptor เองเป็น protein ก็เป็นผลของ differentiation ด้วยเช่นกัน


3 light induction of plant genes
3. Light-induction of plant genes ระหว่างแบ่งเซลล์

  • ต้นกล้า (Seedling) ของพืชเจริญในความมืด จะไม่สร้าง photosynthetic apparatus ซึ่งคือ chlorophyll เพื่อประหยัดพลังงาน

  • เมื่อได้รับแสง seedling จึงเปลี่ยนเป็นสีเขียว โดย enzyme สร้าง chlorophyll เป็น light-activated enzyme ชื่อ Ribose biphosphate carboxylase หรือ Rubisco


Rubisco gene
Rubisco Gene ระหว่างแบ่งเซลล์

ลักษณะของ Rubisco gene และ light-inducible genes

  • Promoter :

    • ที่ -35 base pair region มี TATA box

    • Sequence จาก -35 ถึง -46 เป็น light dependent และ

    • จากตำแหน่ง-46 upstream จึงตอบสนองต่อแสง

  • Enhancer :

    • Region จาก -327 ถึง -48 ช่วย stimulate rubisco gene ในการตอบสนองต่อแสง


Promoter enhancer light response gene
Promoter & enhancer ระหว่างแบ่งเซลล์ของ Light response gene

(a) Rubisco gene จาก pea cloned ใส่ petunia cells

(b) Rubisco gene จาก pea cloned ใส่ tobacco


Control expression gene cell differentiation plants animals
Control ระหว่างแบ่งเซลล์Expression ของ gene ใน cell differentiation ใน plants และ animals

Regulatory region / 5’-flanking region แบบ

  • cis-acting DNA คือ Control region อยู่บนสายเดียวกับ structural gene เช่น TATA box และ GC box

  • trans-acting protein เช่น transcription factor จับบน DNA สายตรงข้ามกับ template


Iii nature of determination
III. Nature of Determination ระหว่างแบ่งเซลล์


Determination
Determination ระหว่างแบ่งเซลล์

  • คือ กระบวนการตัดสินที่ไม่ย้อนกลับ เพื่อให้ cell ดำเนินไปตาม developmental pathway

  • เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสภาวะทางกายภาพของ Chromatin โดย factor ป้องกัน histones ไปจับที่ control regions ของ genes


Determination1
วิธี ระหว่างแบ่งเซลล์Determination

  • 1. DNase Hypersensitivity

  • 2. Control expression ของ 5S rRNA

  • 3. DNA methylation


1 dnase hypersensitivity
1. DNase Hypersensitivity ระหว่างแบ่งเซลล์

  • DNA บริเวณระหว่าง Nucleosomes (300 bp) บน chromatin ไม่มีโปรตีน histones จะไวต่อ DNas เรียกว่า DNase hypersensitive site


  • DNase hypersensitive region ระหว่างแบ่งเซลล์ก็คือ 5’- flanking region / regulatory region (promoter & enhancer)

  • ทำหน้าที่ turn on/off gene โดยต้องมี factor (protein) ป้องกันไม่ให้บริเวณ hypersensitivity นี้ให้กลายเป็น Nucleosome เช่น

    • globin geneในเม็ดแดงของกบ

    • Hypersensitivity region ที่ 60-260 upstreamป้องกันการสร้าง nucleosome เมื่อ embryo อายุ 14 วัน

    • พบ Determination factor ให้ globin gene active เมื่ออายุ 14 วันเป็นต้นไป


2 control 5s rrna gene expression
2. Control ระหว่างแบ่งเซลล์ของ 5S rRNA gene expression

  • 5S rRNA genes (กบ) มี 20,000 genes แบ่งเป็น

    2 family

    1. Oocyte 5S rRNA genes : 98 % , transcription เกิด

    เฉพาะ ใน oocytes

    2. Somatic 5S rRNA genes : 2 % , transcription เกิด

    ใน somatic cells


Expression rrna genes 2 families
Expression ของ ระหว่างแบ่งเซลล์rRNA genes 2 families

  • หลัง replication แต่ละรอบของ cell division จะเกิดจากการแข่งขันระหว่าง

    • transcription factors RNA Pol III มี factors คือ TFIIIA, TFIIIB, และ TFIIIC กับ

    • histones บน hypersensitivity region

      • เช่น ใน immature egg และ developing embryo ของกบ


ใน ระหว่างแบ่งเซลล์immuture egg:

  • Oocyte 5S rRNA genes express แต่

    somatic 5S rRNA genes ถูก repressed

    ใน developing embryo:Embryo ~ 3,200 cells

  • TFIIIA ลดจำนวนลงเรื่อยๆจนเหลือ 1 โมเลกุล / oocyte rRNA gene

  • ทำให้ oocyte rRNA gene ถูก repressed โดย histones และ somatic rRNA gene ชนะจะ express


3 dna methylation
3. DNA methylation ระหว่างแบ่งเซลล์

  • Active genes ปกติมี low methyl groups หรือ ไม่มี

  • Methylation ของ DNA

    • ทำให้ repress gene และถ่ายทอดได้ และ

    • เป็น signal ให้ DNA สายใหม่มี methylation ด้วย

  • กฎ methylation ใน higher eukaryote ต้องเกิดกับ C ที่เป็น 5’-CG-3’ dinucleotides


Determination m ehtylation
Determination ระหว่างแบ่งเซลล์โดย mehtylation

  • เพื่อ 1) Repress gene activity และ

    2) permanent

  • จัดเป็น Epigenetic mechanismเพราะ methylation ไม่ทำให้เปลี่ยน genetic แต่

    ทำให้ gene turn off เร็วระหว่าง development เช่น

    • X chromosome ใน female พบว่าถูก methylated และ หยุด develop เร็ว

  • Inactive X chromosomeเรียกว่าถูก Lyonized

    ทำให้เห็นรูปร่างเป็น Barr body


Genes determination
Genes ระหว่างแบ่งเซลล์ต้นเหตุ Determination

  • ใน แมลงหวี่ พบโดยการทำ mutation:

    พบ genes ที่ทำให้เกิด determination ชะตาของเซลล์ชนิดต่างๆ เรียกว่า

    Homoeotic genesหรือHomeotic genes

  • โดยเมื่อทำ mutation แล้วทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปแบบ (transformation) ของร่างกายจากส่วนหนึ่งไปเป็นอีกส่วนหนึ่ง


  • เช่น ระหว่างแบ่งเซลล์Antennapedia (Antp) mutant มีขาในตำแหน่งของหนวด

  • แสดงว่า genes ของ cells ในตำแหน่งหนวด ได้ถูกเปลี่ยนให้เหมือนขา หรือ cells ปกติที่ควร develop เป็นหนวดได้ถูก programmed ให้ develop เป็นขา

    • Transformation เกี่ยวข้องกับ activity ของหลาย genes

    • แต่พบมีเพียง gene เดียวเมื่อถูก mutated แล้วเกิด transformation

  • แสดงว่า gene นี้ต้อง control genes อื่นๆ ให้ develop หรือเป็น Homeotic gene


  • นั่นคือ ระหว่างแบ่งเซลล์Homeotic geneเป็น Master geneที่เกี่ยวข้องกับ determination ชะตา (fate) ของเซลล์ว่าจะพัฒนาเป็นเซลล์ชนิดอะไร

    • ถ้า mutate gene นี้จะทำให้ determination เปลี่ยนไปสู่วิถี / programใหม่

  • Homeotic genes จึงมีบทบาทเป็น ศูนย์กลาง development

  • ในแมลงหวี่ศึกษาพบ Homeotic gene แล้ว 2 กลุ่ม คือ

    • Antennapedia complex (ANT-C) และ

    • Bithorax complex (BX-C)


Homeobox
Homeobox ระหว่างแบ่งเซลล์

Common DNA sequence ประมาณ 180 bp พบ

  • ใน Homeotic genes เป็น complex (cluster) genes และ

  • ใน Non-homeotic genes ซึ่งไม่ได้ทำให้เกิด transform ของ body part แต่ก็มีความสำคัญเช่นเดียวกับ homeotic genes ในการ development ด้านกายภาพและการจัดระบบของ embryo


Homeobox1
ลักษณะของ ระหว่างแบ่งเซลล์Homeobox

  • 75 % - 79 % conserved

  • share และ control genes อื่นให้ develop อย่างเป็นขั้นตอน

  • code ให้ protein ที่มี DNA-binding domain ที่เป็นpositively charged มาก

  • protein ซึ่งเป็น transcription factor จะ migrate กลับไปใน nucleus ไปจับ control region ของ genes ที่ถูกควบคุม


Arrangement homeobox genes
Arrangement ของ ระหว่างแบ่งเซลล์ homeobox genes

เหมือนกันทั้ง vertebrate และ invertebrate คือ

  • เรียงตาม anterior-posterior body axis ที่ express โดย

    • genes ที่อยู่เริ่มต้นของ cluster เป็น genes ที่express ไปทางหน้า (anterior) และ

    • genes อยู่สุดท้ายของ cluster ที่express ไปทางด้านหลัง (posterior)


Maternal effect genes
Maternal Effect Genes ระหว่างแบ่งเซลล์

Genes ที่ code ให้ products ใน egg แล้วปริมาณของ products กระจายจากมากไปหาน้อย หรือ ทำให้ egg มี polarity

  • products มี effect ต่อ development ของ body parts

  • bicoid (bcd) gene ~ การเกิด anterior body parts ส่วน heads & thoraxes


Segmentation genes
Segmentation genes ระหว่างแบ่งเซลล์

Control organization ของปล้องของร่างกาย segments

  • ftz gene พบsegment เว้น segment เป็น pair-rule genes แสดงออกใน embryo ระยะต้น

  • engrailed gene แบ่ง embryo ออกเป็น anterior & posterior


Vertebrate homeoboxes
Vertebrate homeoboxes ระหว่างแบ่งเซลล์

  • sequence ของ homeoboxes ของ แมลงหวี่กับของ vertebrate คล้ายกันมากถึง 95%

  • การจัดเรียงของ genes เป็น cluster ในลำดับเดียวกับที่ express

    • homeotic genes ที่อยู่ตอนต้นของ clusters express

      ไปข้างหน้า และ

    • homeotic genes ที่อยู่ตอนปลายของ clusters express ไปข้างหลัง


  • homeobox gene ของ vertebrate active ช้ากว่าและ active ทั้งก่อนและหลัง differentiation

  • homeobox proteins ใน vertebrates เป็นทั้ง Transcription factor และ Regulator ใน development ของ embryo

    • เช่น Pit -1 protein


Pit -1 protein ใน mouse dwarf (dw) gene ช้ากว่าและ active ทั้งก่อนและหลัง different

  • ควบคุม development ของ pituitary glands ซึ่งผลิต growth hormone, prolactin hormone และ

    thyroid - stimulating hormone

    แสดงว่า Pit-1 มี multiple effects ต่อ development

    ของ pituitary gland


  • Developmental pathway ช้ากว่าและ active ทั้งก่อนและหลัง different

  • House keeping genes & Luxury genes

  • Mosaic development vs. Regulative development

  • Totipotency vs. Epignetics

  • Determinants, Inducers & Mophogens

  • Differentiation control in Prokaryote vs. Eukaryote

    • Animal: Hormone-induced genes & Hormone responsive element

    • Plant: Light-induced genes

  • DNA hypersensitivity, rRNA gene expression, and DNA methylation

  • Homeotic genes & Homeobox

  • Maternal Effect genes

  • Segmentation genes


ad