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日本科学家揭开生物头部形成机制

摘要 : 日本一个研究团队在新一期英国《自然-通讯》杂志上报告说,他们观察非洲爪蟾的受精卵生长过程后,发现了决定头部形成的蛋白质作用机制,为研究不同形态头部进化过程提供了重要科研线索。

上世纪90年代初,研究人员陆续发现了基因控制蛋白质Gsc、Lim1和Otx2,不仅人类,苍蝇也存在这几种蛋白质。特别是Otx2蛋白质,被认为与初期胚胎的头部形成有关,但由于人类和苍蝇的头部形态完全不同,因此这种蛋白质是如何发挥作用的一直存在谜团。

东京大学副教授平良真规领导的研究小组对这个课题进行深入研究。他们利用非洲爪蟾的初期胚胎进行实验时发现,如果破坏了Gsc、Lim1和Otx2蛋白质,则非洲爪蟾无法形成头部。而将这三种蛋白质注入爪蟾初期胚胎的皮下,等胚胎变成蝌蚪后,蝌蚪会在腹部出现另一个头。

研究小组说,Otx2蛋白质与Lim1蛋白质结合后,会激活作为目标的基因,也就是打开基因的开关;与Gsc蛋白质结合后,则会遏制作为目标的基因,也就是关闭基因的开关。

研究小组由此认为,Otx2蛋白质在胚胎中决定头部的位置,而在这个位置制作出什么样的头部,则是由与其结合的其他两种基因控制蛋白质来决定。由于不同生物的上述两种蛋白质各不相同,所以在进化过程中就出现了不同的头部。这可以解释为何人类和苍蝇会进化出不同的头部。

原文摘要:

Occupancy of tissue-specific cis-regulatory modules by Otx2 and TLE/Groucho for embryonic head specification

Yuuri Yasuoka, Yutaka Suzuki, Shuji Takahashi, Haruka Someya, Norihiro Sudou, Yoshikazu Haramoto, Ken W. Cho, Makoto Asashima, Sumio Sugano & Masanori Taira

Head specification by the head-selector gene, orthodenticle (otx), is highly conserved among bilaterian lineages. However, the molecular mechanisms by which Otx and other transcription factors (TFs) interact with the genome to direct head formation are largely unknown. Here we employ ChIP-seq and RNA-seq approaches in Xenopus tropicalis gastrulae and find that occupancy of the corepressor, TLE/Groucho, is a better indicator of tissue-specific cis-regulatory modules (CRMs) than the coactivator p300, during early embryonic stages. On the basis of TLE binding and comprehensive CRM profiling, we define two distinct types of Otx2- and TLE-occupied CRMs. Using these devices, Otx2 and other head organizer TFs (for example, Lim1/Lhx1 (activator) or Goosecoid(repressor)) are able to upregulate or downregulate a large battery of target genes in the head organizer. An underlying principle is that Otx marks target genes for head specification to be regulated positively or negatively by partner TFs through specific types of CRMs.

来源: 科技日报 浏览次数:51

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