或者直接细胞大小如何调节受精卵基因组的觉醒,胚胎细胞和组织如何对这些力作出反应仍然知之甚少

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累积的证据表明,体力在受精动物卵的各种发育过程中起着重要作用。在胚胎发生期间,多种细胞群主动迁移并改变它们的位置,产生影响周围组织特性的各种类型的力(例如,牵引力,压缩力)。这反过来使得组织排列高度协调的正常发展成为可能。然而,胚胎细胞和组织如何对这些力作出反应仍然知之甚少。

费城 –
过渡是生活的标志。当休眠的植物在春天开花或当一个年轻的成年人自己罢工时,控制权就会发生变化。

通过两个具有蛋白质组学和发育生物学专业知识的实验室之间的国际合作,解决了这一重要问题。来自普林斯顿大学(美国)的Ileana
Cristea教授和国家基础生物学研究所(日本)的Naoto
Ueno教授以及他们各自的研究小组试图回答这个问题。他们一起描述了施加物理力的胚胎中的全球磷酸化和蛋白质丰度的细胞内变化。

类似地,在胚胎经历生化变化,从母体分子控制转变为由其自身基因组控制的早期发育过程中存在转变。宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼医学院的一个研究小组首次在胚胎中发现,其基因组的激活不会同时发生,而是遵循一种主要由其各种大小的细胞控制的特定模式。研究人员本周将他们的结果作为发展细胞的封面故事发表。

在这项研究中,我们通过离心非洲爪蟾胚胎施加力,我们广泛分析了其中蛋白质磷酸化状态的变化。由于非洲爪蟾卵比其他生物的卵子相对较大,我们能够获得足够量的蛋白质来自少数胚胎的分析。研究小组成员Noriyuki
Kinoshita博士说。

在经历细胞分裂的早期胚胎中,母系负载的RNA和蛋白质调节细胞周期。受精卵的基因组

使用灵敏和定量的基于质谱的方法,研究团队能够识别超过9,000种肽(即蛋白质片段)的磷酸化。

  • 受精卵的一个术语 –
    最初处于睡眠模式。然而,在胚胎早期的某个时刻,这些合子核唤醒并从其基因组中表达,对随后的胚胎发育进行生化控制。但胚胎如何识别何时进行这种转变仍然未知。

Cristea教授强调了这项研究的新颖性和预期影响,指出这是对任何生物系统中机械力响应的蛋白质磷酸化的全球时间变化的第一项研究。我们整合了方法,使我们能够全面表征动态磷酸化蛋白质组我们设计的目标方法可以非常精确地监测特定磷酸化事件的时间性和相对丰度。我们进一步将磷酸化介导的信号传导的知识置于蛋白质丰度变化的背景下。总的来说,这使我们能够发现精确的调节点。另外,考虑到机械力对组织稳态和不同疾病进展的贡献,我们希望我们的方法和研究结果能为今后的机械生物学和信号转导研究提供宝贵的平台。

如何将胚胎交由控制从母体到受精卵的发育是发育生物学中的一个基本问题,资深作者Matthew
C.
Good博士说,他是细胞与发育生物学和生物工程学的助理教授。以前没有人意识到脊椎动物胚胎的不同区域可以在不同时间进行基因组激活,或者直接细胞大小如何调节受精卵基因组的觉醒。

该论文的第一作者,Hashimoto博士说:有趣的是,胚胎中的各种蛋白激酶,如PAK2和PKC,仅通过力刺激激活了10分钟。它也令人惊讶地发现构成粘着斑和紧密连接的蛋白质是最突出的磷酸化之一。这项工作还揭示了FAK途径与PKA和PKC途径之间以前未被认识到的串扰。此外,我们已经证明离心加强了紧密连接,导致到组织的上皮形成。

在过去的40年里,人们提出了不同的假设来解释胚胎如何识别何时开启受精卵中单个细胞的新基因组,但是Penn团队确定了该机制并回答了这个关键问题。

特别值得一提的是,在力刺激下,ZO-1(紧密连接组分之一)被积聚到紧密连接处以加强其结构,这是间充质

利用来自非洲爪蛙(非洲爪蟾)的胚胎的单细胞成像,他们发现细胞大小是控制受精卵中基因组激活开始的关键参数。细胞必须达到阈值大小才能启动其自身蛋白质的大规模转录。通过生成微型胚胎,该团队证明细胞大小的变化控制着基因组激活的时间。

上皮细胞转变(MET)样改变的特征。这种现象与一些细胞在发育,伤口愈合和癌症侵袭/转移过程中发现的上皮

间质转化(EMT)相反。我们推测在胚胎中,必须有一种反馈机制,增强组织抵抗的强度。由力引起的变形。上野教授说。

这项研究的结果对于胚胎早期如何发育以及一般发育生物学领域的基本理解有许多重要意义。宾夕法尼亚大学的研究小组认为,这一发现可能会影响其他研究者如何接近自己的基因组激活研究和筛选控制早期胚胎发育保真度所必需的母体因子。

要获得新的见解,合子转录应该在单细胞水平上进行测量,第一作者,陈氏博士说,他是Good实验室的博士后研究员。这种方法帮助我们不要忽视胚胎细胞空间组织对母体

  • 合子转变的影响。

启动受精卵基因组的决定是在个体细胞水平上进行的,而不是整个胚胎,这改变了宾大团队对发育过程的看法。进化已经选择细胞大小作为控制胚胎发育关键转变的调节机制,这种范式可能扩展到细胞大小不同的其他生物学领域,Good说。他和陈计划通过测量斑马鱼和老鼠的基因组激活来继续这项工作,看看这种新观点是否适用于其他物种。

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