Πώς μπορεί να επηρεαστεί η μορφογένεση από τη γονιδιακή έκφραση

Η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης παίζει ζωτικό ρόλο στη μορφογένεση ελέγχοντας τους κυτταρικούς μηχανισμούς κυτταρικής διαίρεσης και εξειδίκευσης των κυττάρων. Επιπλέον, η κυτταρική συμπεριφορά όπως η κυτταρική μετανάστευση, οι κυτταρικές ιδιότητες όπως η κυτταρική προσκόλληση καθώς και η απόπτωση ελέγχονται επίσης από τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης, προάγοντας τη μορφογένεση.

Μορφογένεση είναι η βιολογική διαδικασία μέσω της οποίας ένας οργανισμός αναπτύσσει το σχήμα του. Οδηγείται από διάφορες κυτταρικές και αναπτυξιακές διεργασίες όπως η κυτταρική διαίρεση, η εξειδίκευση των κυττάρων, η απόπτωση, η κυτταρική μετανάστευση και η κυτταρική προσκόλληση. Δεδομένου ότι αυτή η διαδικασία ελέγχει την ειδική κατανομή ενός οργανισμού, η μορφογένεση συμβαίνει κυρίως κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη. Τα μόρια που είναι υπεύθυνα για τη μορφογένεση είναι μορφογόνα . Είναι εκκρινόμενοι αυξητικοί παράγοντες που επάγουν διάφορες ενδοκυτταρικές οδούς σηματοδότησης. Η βαθμίδα συγκέντρωσης των μορφογόνων καθορίζει την τύχη του κυττάρου. Η μοίρα του κυττάρου καθορίζεται μέσω των αλληλεπιδράσεων των μορφογόνων με το κυτταρικό DNA σε διαφορετικά επίπεδα. Το γενετικό σχέδιο ή το γονιδίωμα του συγκεκριμένου οργανισμού και του περιβάλλοντος είναι δύο παράγοντες που εμπλέκονται στον προσδιορισμό της μορφογένεσης μιας συγκεκριμένης οντότητας.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι η Μορφογένεση
      – Ορισμός, Ρόλος, Μορφογόνα
2. Πώς μπορεί να επηρεαστεί η μορφογένεση από τη γονιδιακή έκφραση
     – Ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης μέσω των μορφογόνων

Βασικοί όροι:Διαβάθμιση συγκέντρωσης, Μορφογένεση, Μορφογονίδια, Ρύθμιση γονιδιακής έκφρασης, μονοπάτια σηματοδότησης

Τι είναι η Μορφογένεση

Μορφογένεση είναι η διαδικασία της εμβρυϊκής ανάπτυξης με την οποία ένας οργανισμός, ένα όργανο ή ένας ιστός αναπτύσσει το σχήμα του. Εμφανίζεται μέσω διαφόρων κυτταρικών διεργασιών όπως η κυτταρική διαίρεση, η κυτταρική εξειδίκευση, η κυτταρική μετανάστευση, η κυτταρική προσκόλληση και η απόπτωση. Συμμετέχει επίσης στην οργάνωση των κυττάρων κατά το στάδιο της ενηλικίωσης. Εμφανίζεται επίσης σε μονοκύτταρους οργανισμούς. Η μορφογένεση στα φυτά γίνεται κυρίως μέσω διαφορικής ανάπτυξης. Γενικά, τα φυτά περιέχουν μόνιμους μορφογενετικούς ιστούς των οποίων το μορφογενετικό δυναμικό εξαρτάται από το περιβάλλον. Η μορφογένεση προκαλείται μέσω της αποστολής σηματοδοτικών μορίων γνωστών ως μορφογόνα παράγονται από εξειδικευμένα, γειτονικά κύτταρα στα γενόσημα κύτταρα.

Πώς μπορεί να επηρεαστεί η μορφογένεση από τη γονιδιακή έκφραση

Τα μορφογόνα είναι τα μόρια που είναι υπεύθυνα για τη μορφογένεση. Είναι υδατοδιαλυτοί, αυξητικοί παράγοντες που φέρνουν την επίδρασή τους μέσω επαγωγικών μονοπατιών σηματοδότησης. Ορισμένες οδοί σηματοδότησης είναι μονοπάτια επίπεδων κυτταρικής πολικότητας (PCP, notch signaling, wingless (WNT), sonic hedgehog (SHH), μορφογενετική πρωτεΐνη οστών (BMP), ρετινοϊκό οξύ (RA) και αυξητικός παράγοντας ινοβλαστών (FGF). Η διαβάθμιση συγκέντρωσης του Τα μορφογόνα καθορίζουν τη μοίρα του κυττάρου. Αυτά τα μονοπάτια σηματοδότησης τελικά ενεργοποιούν παράγοντες μεταγραφής που αλλάζουν τη γονιδιακή έκφραση. Η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης μέσω των καταρράξεων κυτταρικής σηματοδότησης φαίνεται στην εικόνα 1 .

Εικόνα 1:Ρύθμιση γονιδιακής έκφρασης από καταρράκτες σηματοδότησης κυττάρων

Για παράδειγμα, η οδός FGF διεγείρει μόρια σηματοδότησης όπως το ERK, το οποίο ρυθμίζει τη γονιδιακή έκφραση τόσο σε μεταγραφικό όσο και σε μεταμεταφραστικό επίπεδο. Η οδός FGF είναι ένας τύπος σηματοδοτικού μονοπατιού ενδοκυτταρικού υποδοχέα κινάσης τυροσίνης, που ενεργοποιείται κατά τη σύνδεση με αυξητικούς παράγοντες, ορμόνες και κυτοκίνες. Η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης μέσω της οδού FGF φαίνεται στο σχήμα 2.

Εικόνα 2:Διαδρομή FGF

Ως εκ τούτου, τα γονιδιακά ρυθμιστικά δίκτυα διέπουν τη γονιδιακή έκφραση, ρυθμίζοντας τα επίπεδα του mRNA και των πρωτεϊνών σε ένα κύτταρο μέσω διαφόρων τύπων μοριακών ρυθμιστών που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης παίζει ζωτικό ρόλο στη μορφογένεση ελέγχοντας τους κυτταρικούς μηχανισμούς κυτταρικής διαίρεσης και εξειδίκευσης. Επιπλέον, η κυτταρική συμπεριφορά όπως η κυτταρική μετανάστευση, οι κυτταρικές ιδιότητες όπως η κυτταρική προσκόλληση καθώς και η απόπτωση ελέγχονται επίσης από τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης, προάγοντας τη μορφογένεση. Ως εκ τούτου, υψηλότερες συγκεντρώσεις μορφογόνων προκαλούν υψηλό επίπεδο ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης ενώ χαμηλότερες συγκεντρώσεις μορφογόνων προκαλούν χαμηλό επίπεδο γονιδιακής έκφρασης.

Συμπέρασμα

Μορφογένεση είναι η βιολογική διαδικασία μέσω της οποίας προσδιορίζεται το σχήμα ενός ζώου ή ενός φυτού. Τα μορφογόνα είναι τα εξωκυτταρικά μόρια σηματοδότησης που παράγονται από γειτονικά κύτταρα για την προώθηση της μορφογένεσης των γενικών κυττάρων μέσω της ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης κατά τη μορφογένεση.

Αναφορά:

1. Basson, Albert. «Σηματοδότηση στη διαφοροποίηση και τη μορφογένεση κυττάρων». Προοπτικές του Cold Spring Harbor στη Βιολογία , Διαθέσιμο εδώ.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:

1. "Gene Regulatory Network" (Δημόσιος Τομέας) μέσω Commons Wikimedia
2. "FGF Pathway tm" Από τον Tylermiyawaki – Δικό έργο (CC BY-SA 4.0) μέσω Commons Wikimedia