Переход от материнского к зиготическому
Стадия эмбрионального развития

Материнско-зиготический переход ( MZT ), также известный как активация эмбрионального генома , является стадией эмбрионального развития , во время которой развитие находится под исключительным контролем зиготического генома, а не материнского (яйцеклеточного) генома. Яйцо содержит сохраненный материнский генетический материал мРНК , который контролирует развитие эмбриона до начала MZT. После MZT диплоидный эмбрион берет на себя генетический контроль. [1] [2] Для этого требуется как активация зиготического генома (ZGA), так и деградация материнских продуктов. Этот процесс важен, поскольку это первый раз, когда используется новый эмбриональный геном , а отцовский и материнский геномы используются в комбинации (т. е. будут экспрессироваться разные аллели ). Теперь зиготический геном управляет развитием эмбриона.

MZT часто считается синонимом перехода средней бластулы (MBT), но эти процессы на самом деле различны. [3] Однако MBT примерно совпадает с ZGA у многих метазоа , [4] и, таким образом, может иметь некоторые общие регуляторные особенности. Например, предполагается, что оба процесса регулируются ядерно -цитоплазматическим соотношением . [5] [6] MBT строго относится к изменениям в клеточном цикле и подвижности клеток , которые происходят непосредственно перед гаструляцией . [3] [4] На ранних стадиях дробления эмбриогенеза быстрые деления происходят синхронно, и в клеточном цикле нет стадий «разрыва» . [3] На этих стадиях также мало или совсем нет транскрипции мРНК из зиготического генома , [5] но зиготическая транскрипция не требуется для возникновения MBT. [3] Клеточные функции во время раннего дробления выполняются в основном материнскими продуктами — белками и мРНК, внесенными в яйцо во время оогенеза .

Активация зиготического генома

Обобщенная диаграмма, показывающая уровни материнской и зиготической мРНК в ходе эмбриогенеза. Материнско-зиготический переход (MZT) — это период, в течение которого активируются зиготические гены и очищаются материнские транскрипты. По Schier (2007).

Чтобы начать транскрипцию зиготических генов , эмбрион должен сначала преодолеть установленное молчание . Причиной этого молчания может быть несколько факторов: модификации хроматина , приводящие к репрессии, отсутствие адекватного транскрипционного аппарата или недостаток времени, в течение которого может произойти значительная транскрипция из-за укороченных клеточных циклов. [7] Доказательства в пользу первого метода были предоставлены экспериментами Ньюпорта и Киршнера, показывающими, что ядерно-цитоплазматическое соотношение играет роль в активации зиготической транскрипции . [5] [8] Они предполагают, что определенное количество репрессора упаковано в яйцо, и что экспоненциальная амплификация ДНК в каждом клеточном цикле приводит к титрованию репрессора в соответствующее время. Действительно, в эмбрионах Xenopus , в которые введен избыток ДНК , транскрипция начинается раньше. [5] [8] Совсем недавно были показаны доказательства того, что транскрипция подмножества генов у Drosophila задерживается на один клеточный цикл в гаплоидных эмбрионах . [9] Второй механизм репрессии также был рассмотрен экспериментально. Приоло и др. показывают, что введением белка связывания TATA (TBP) в ооциты Xenopus можно частично преодолеть блокировку транскрипции. [10] Гипотеза о том, что укороченные клеточные циклы могут вызывать репрессию транскрипции , подтверждается наблюдением, что митоз приводит к прекращению транскрипции. [11] Общепринятый механизм инициации сетей регулирования эмбриональных генов у млекопитающих заключается в том, что существует несколько волн MZT. У мышей первая из них происходит в зиготе, где экспрессия нескольких пионерских факторов транскрипции постепенно увеличивает экспрессию целевых генов ниже по течению. Эта индукция генов приводит ко второму важному событию MZT [12]

Очистка материнских транскриптов

Чтобы исключить вклад материнских генных продуктов в развитие, материнские мРНК должны быть деградированы в эмбрионе . Исследования на Drosophila показали, что последовательности в 3'-UTR материнских транскриптов опосредуют их деградацию [13]. Эти последовательности распознаются регуляторными белками, которые вызывают дестабилизацию или деградацию транскриптов. Недавние исследования как на данио-рерио, так и на Xenopus обнаружили доказательства роли микроРНК в деградации материнских транскриптов. У данио-рерио микроРНК miR-430 экспрессируется в начале зиготической транскрипции и нацеливается на несколько сотен мРНК для деаденилирования и деградации. Многие из этих целей представляют собой гены , которые экспрессируются по материнской линии. [14] Аналогично, у Xenopus было показано, что ортолог miR-430 miR-427 нацеливается на материнские мРНК для деаденилирования. В частности, мишенями miR-427 являются регуляторы клеточного цикла , такие как циклин А1 и циклин В2 . [15]

Ссылки

  1. ^ Lee MT, Bonneau AR, Takacs CM, Bazzini AA, DiVito KR, Fleming ES, Giraldez AJ (ноябрь 2013 г.). «Nanog, Pou5f1 и SoxB1 активируют экспрессию зиготических генов во время перехода от матери к зиготике». Nature . 503 (7476): 360– 4. doi :10.1038/nature12632. PMC  3925760 . PMID  24056933.
  2. ^ Шульц КН, Харрисон ММ (апрель 2019). «Механизмы регуляции активации зиготического генома». Nat Rev Genet . 20 (4): 221– 234. doi :10.1038/s41576-018-0087-x. PMC 6558659. PMID  30573849 . 
  3. ^ abcd Baroux C, Autran D, Gillmor CS и др. (2008). «Переход от материнского к зиготическому у животных и растений». Cold Spring Harb Symp Quant Biol . 73 : 89–100 . doi : 10.1101/sqb.2008.73.053 . PMID  19204068.
  4. ^ ab Tadros W, Lipshitz HD (2009). «Материнский переход к зиготическому: пьеса в двух актах». Развитие . 136 (18): 3033– 42. doi : 10.1242/dev.033183 . PMID  19700615.
  5. ^ abcd Ньюпорт Дж., Киршнер М. (1982). «Основной переход в развитии ранних эмбрионов Xenopus : I. характеристика и сроки клеточных изменений на стадии средней бластулы». Cell . 30 (3): 675– 86. doi :10.1016/0092-8674(82)90272-0. PMID  6183003. S2CID  24114437.
  6. ^ Притчард Д.К., Шубигер Г. (1996). «Активация транскрипции у эмбрионов дрозофилы — это постепенный процесс, опосредованный ядерно-цитоплазматическим соотношением». Genes Dev . 10 (9): 1131– 42. doi : 10.1101/gad.10.9.1131 . PMID  8654928.
  7. ^ Schier AF (2007). «Материнский-зиготический переход: смерть и рождение РНК». Science . 316 (5823): 406– 7. Bibcode :2007Sci...316..406S. doi :10.1126/science.1140693. PMID  17446392. S2CID  36999389.
  8. ^ ab Newport J, Kirschner M (1982). "Основной переход в развитии ранних эмбрионов Xenopus : II. контроль начала транскрипции". Cell . 30 (3): 687– 96. doi :10.1016/0092-8674(82)90273-2. PMID  7139712. S2CID  25235449.
  9. ^ Lu X, Li JM, Elemento O, Tavazoie S, Wieschaus EF (2009). «Связь зиготической транскрипции с митотическим контролем при переходе Drosophila в середине бластулы». Development . 136 (12): 2101– 2110. doi :10.1242/dev.034421. PMC 2685728. PMID  19465600 . 
  10. ^ Prioleau MN, Huet J, Sentenac A, Mechali M (1994). «Конкуренция между сборкой хроматина и транскрипционного комплекса регулирует экспрессию генов во время раннего развития». Cell . 77 (3): 439– 49. doi :10.1016/0092-8674(94)90158-9. PMID  8181062. S2CID  1090434.
  11. ^ Shermoen AW, O'Farrell PH (1991). «Прогрессирование клеточного цикла через митоз приводит к прерыванию зарождающихся транскриптов». Cell . 67 (2): 303– 10. doi :10.1016/0092-8674(91)90182-X. PMC 2755073 . PMID  1680567. 
  12. ^ Сюэ, Чжиган; Хуанг, Кевин; Цай, Чаочао; Цай, Лингбо; Цзян, Чун-Янь; Фэн, Юн; Лю, Чжэньшань; Цзэн, Цяо; Ченг, Лиминг; Сунь, И Э.; Лю, Цзя-инь; Хорват, Стив; Фань, Гопин (2013). «Генетические программы в ранних эмбрионах человека и мыши, выявленные с помощью секвенирования одноклеточной РНК». Природа . 500 (7464): 593–597 . Бибкод : 2013Natur.500..593X. дои : 10.1038/nature12364. ПМЦ 4950944 . ПМИД  23892778. 
  13. ^ Tadros W, Lipshitz HD (2005). «Подготовка к развитию: трансляция и стабильность мРНК во время созревания ооцитов и активации яиц у дрозофилы». Dev Dyn . 232 (3): 593– 608. doi : 10.1002/dvdy.20297 . PMID  15704150.
  14. ^ Giraldez AJ, Mishima Y, Rihel J, Grocock RJ, Van Dongen S, Inoue K, Enright AJ, Schier AF (2006). «Zebrafish miR-430 способствует деаденилированию и очистке материнских мРНК». Science . 312 (5770): 75– 9. Bibcode :2006Sci...312...75G. doi : 10.1126/science.1122689 . PMID  16484454. S2CID  5529357.
  15. ^ Lund E, Liu M, Hartley RS, Sheets MD, Dahlberg JE (2009). «Деаденилирование материнских мРНК, опосредованное miR-427 в эмбрионах Xenopus laevis». РНК . 15 (12): 2351– 63. doi :10.1261/rna.1882009. PMC 2779678. PMID  19854872 . 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Материнский_переход_из_зиготы&oldid=1253243171#Активация_зиготического_генома"