CHAPTER 19 Differential Gene Expression in Development

1. CHAPTER 19 Differential Gene Expression in Development

2. Processer i utvecklingen av en organism • Tillväxt: celldelning och/eller ökning av enskilda cellers storlek • Differentiering: olika celltyper med specifika uppgifter skapas • Morfogenes: organisation av celler och vävnader till specifika strukturer

4. Cellulär determination • Cellens öde bestäms av genomet kombinerat med yttre faktorer  cellen är determinerad • Genomet detsamma för varje cell i en organism • Miljön varierar för celler i olika delar av embryot • Cytoplasman, inte kärnan, är avgörande för cellens öde • En determinerad cell är oförändrad till det yttre • Efter determinationen följer differentiering  cellspecifik genexpression  olika celltyper

5. Totipotenta celler • Det befruktade ägget (zygoten) • Många växtceller • Man kan klona en hel växt från en differentierad cell • Djurceller • Celler från tidiga embryon • Kärnorna från adulta celler, om cytoplasmat byts ut • Stamceller differentierar till olika celltyper om de flyttas från sin normala miljö • Embryonala stamceller är närmare totipotens än adulta stamceller

9. Embryonala stamceller för transplantat? • Stamceller från embryon induceras att differentiera • Etiska frågor • Rejektion • Terapeutisk kloning • Donerad äggcell utan kärna + patientens egen cell/cellkärna fuseras • Då ägget delar sig bildas embryonala stamceller • Stamcellernas differentiering induceras • Teknologin inte färdigutvecklad

10. Hur induceras cellspecifik genexpression? • Cytoplasmisk segregation • Induktion

11. Cytoplasmisk segregation • Ett ämne är ojämnt fördelad i den befruktade äggcellen • Leder till cellpolaritet • Då cellen delar sig får dottercellerna olika mängder av ämnet • Ett sådant ämne kallas ”cytoplasmic determinant”

13. Induktion • Ämnen producerade av närliggande celler styr cellens differentiering • En enda cell kan inducera differentiering av andra celler • Ex. C. elegans: ankarcell styr utveckling av vulva • Ankarcellen utsöndrar primärinduktor • Primärinduktorn utlöser signalkaskad i målceller • Celler som påverkas av primärinduktor blir primära vulvaprekursorceller och producerar sekundärinduktor • Celler som påverkas av sekundärinduktor blir sekundära vulvaprekursorceller • Celler som inte påverkas av någondera induktorn blir skinnprekursorceller

16. Mönsterbildning och morfogenes • Organiserad celldelning, tillväxt och differentiering • Cellmigration • Programmerad celldöd (apoptos)

17. Mönsterbildning hos växter • Kombinatorisk genreglering: olika gener (A-C) klonar för underenheter av tillväxtfaktorer som fungerar som homo- eller heterodimerer • Beroende på vilka kombinationer underenheter som uttrycks aktiveras olika genuppsättningar • Det bildas pistiller, ståndare, kronblad eller foderblad

19. Morfogener • Ämnen som bildar gradienter och ger olika delar av organismen ”positionsinformation” så att olika organ och strukturer kan bildas på korrekta ställen • Olika koncentrationer av en morfogen påverkar målcellerna olika

20. Uppkomsten av segmentering • Modellorganism: bananflugan Drosophila melanogaster • Bananflugans kroppssegment är olika • Larvens segment ser lika ut men är ”programmerade” • programmeringen sker genom olikheter i genexpression • Händelsekaskader: en händelse utlöser följande • Styrs av Homeobox-gener som kodar för transkriptionsfaktorer

21. Steg 1: bestämning av ”vad som är fram och vad som är bak” • Hos bananflugan finns cytoplasmiska determinanter (maternal effect genes) i äggcellen som bestämmer huvud- och bakända samt rygg- och magsida Steg 2: bestämning av segmenten • ”maternal effect genes” styr segmentationsgeners uttryck, och dessa proteiner styr i sin tur segmenteringen: A. ”Gap genes” grovindelning B. ”Pair rule genes” bestämmer segmentens plats C. ”Segment polarity genes” bestämmer fram och bak på varje segment Steg 3: Utveckling av segmentspecifika drag • Homeotiska gener i specifika kombinationer