مواصفات الأديم الظاهر

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

في الضفدع الأفريقي ذي المخالب (Xenopus laevis )، يحدث تحديد الطبقات الجرثومية الثلاث ( الأديم الباطن ، والأديم المتوسط، والأديم الظاهر ) في مرحلة البلاستولة . [ 1 ] بُذلت جهودٌ كبيرة لتحديد العوامل المسؤولة عن تحديد الأديم الباطن والأديم المتوسط. في المقابل، لم يُوصَف سوى عدد قليل من الأمثلة على الجينات اللازمة لتحديد الأديم الظاهر خلال العقد الماضي. كان أول جزيء تم تحديده كضروري لتحديد الأديم الظاهر هو إنزيم يوبيكويتين ليغاز إكتوديرمين (Ecto، TIF1-γ، TRIM33)؛ لاحقًا، وُجِد أن إنزيم إزالة اليوبيكويتين، FAM/USP9x ، قادر على التغلب على تأثيرات إضافة اليوبيكويتين بواسطة إكتوديرمين إلى Smad4 (Dupont et al., 2009). تم اقتراح عاملين نسخ للتحكم في التعبير الجيني للجينات الخاصة بالأديم الظاهر: POU91/Oct3/4 [ 2 ] و FoxIe1/Xema [ 3 ] [ 4 ] . وقد تبين أن عاملًا جديدًا خاصًا بالأديم الظاهر، وهو XFDL156 ، ضروري لكبح تمايز الأديم المتوسط ​​من الخلايا متعددة القدرات [ 5 ] .

البروتينات اللازمة لتحديد الأديم الظاهر.

الأكتوديرمين وFAM

الدور البيولوجي للإكتوديرمين وFAM

يعزز بروتين إكتوديرمين، الذي تم التعرف عليه لأول مرة في أجنة الضفدع الأفريقي (Xenopus )، تكوين الأديم الظاهر ويُثبط تكوين الأديم المتوسط ​​عبر إشارات عامل النمو المحول بيتا (TGFβ) وبروتينات تكوين العظام (BMP)، وهما من عائلة TGFβ الفائقة. [ 6 ] عندما ترتبط روابط TGFβ بمستقبلات TGFβ، فإنها تُحفز مُحولات الإشارة R-Smads ( Smad2 ، Smad3 ). يُشكل Smad4 مُركبًا مع R-Smads المُنشطة ويُحفز نسخ جينات مُحددة استجابةً لإشارة TGFβ. ينقل مسار BMP إشاراته بطريقة مُشابهة ولكن عبر أنواع أخرى من R-Smads ( Smad1 ، Smad5، و Smad8 ). يُعد عامل النسخ Smad4 الوسيط المشترك الوحيد بين مساري TGFβ وBMP. [ ٧ ] خلال تحديد الأديم الظاهر، تُنظَّم وظيفة Smad4 عن طريق إضافة اليوبيكويتين وإزالة اليوبيكويتين بواسطة الإكتوديرمين وFAM على التوالي. وتُحدِّد حالة إضافة اليوبيكويتين إلى Smad4 قدرته على الاستجابة للإشارات المُستمدة من TGFβ وBMP. [ ٦ ] [ ٨ ] يجب تحقيق التوازن بين نشاط وموقع وتوقيت مُحوِّلات TGFβ وBMP، وSmad4، وFAM، والإكتوديرمين، وذلك لكي يكون بالإمكان تعديل التعبير الجيني للجينات اللازمة لتكوين الطبقات الجرثومية .

تحديد الإكتوديرمين وFAM

تم استنساخ مكتبة cDNA من مرحلة البلاستولة لجنين ضفدع في بلازميدات التعبير عن الحمض النووي الريبوزي (RNA ) لإنتاج mRNA اصطناعي. ثم حُقن mRNA في عدة أجنة من نوع Xenopus في مرحلة الأربع خلايا، وفُحصت أجنة البلاستولة المبكرة بحثًا عن توسع في منطقة الواسم الأديمي الظاهر Sox2 وانخفاض في التعبير عن الواسم الأديمي المتوسط ​​Xbra . وكان Ectodermin واحدًا من بين 50 مستنسخًا أظهر هذا النمط الظاهري عند حقنه في الأجنة. [ 6 ] تم تحديد FAM من خلال فحص siRNA للعثور على إنزيمات إزالة اليوبيكويتين التي تنظم الاستجابة لـ TGFβ.

تحديد موقع الإكتوديرمين وFAM

يُرسب mRNA الخاص ببروتين إكتوديرمين من الأم في القطب الحيواني للبويضة. في المرحلة المبكرة من تكوين البلاستولة، يشكل mRNA وبروتين إكتوديرمين تدرجًا من القطب الحيواني (أعلى تركيز) إلى المنطقة الهامشية (أقل تركيز) لمنع إشارات TGFβ ونودال التي تحفز تكوين الأديم المتوسط ​​الناشئ من القطب النباتي. يتواجد mRNA الخاص ببروتين إكتوديرمين بكثرة في الجانب الظهري للجنين، وفي نهاية هذه المرحلة يتلاشى التعبير عنه تدريجيًا. [ 6 ] يُضاف اليوبيكويتين إلى بروتين Smad4 بواسطة إكتوديرمين في النواة، ثم يُنقل إلى السيتوبلازم حيث يُزال منه اليوبيكويتين بواسطة FAM؛ وبهذه الطريقة، يُعاد تدوير Smad4 ويصبح فعالًا مرة أخرى. على الرغم من عدم وجود نمط تعبير لجين FAM في الأجنة المبكرة في الضفدع الأفريقي (Xenopus) ، إلا أن نظير جين FAM في سمكة الزيبرا يُعبر عنه بشكل واسع في مرحلة الخليتين، ولكن مع تقدم النمو، فإنه يُعبر عنه فقط في الجهاز العصبي المركزي الرأسي. [ 9 ]

وظائف الأكتوديرمين وFAM

الإكتوديرمين هو إنزيم يوبيكويتين E3 ليغاز يثبط مسارات إشارات TGFβ وBMP عن طريق تثبيط Smad4 عبر إضافة اليوبيكويتين إلى الليسين 519، وأيضًا من خلال الارتباط المباشر بـ phospho-Smad2. [ 6 ] [ 8 ] يؤدي حقن mRNA الخاص بالإكتوديرمين في المنطقة الهامشية إلى زيادة في مؤشر الأديم الظاهر المبكر، Sox2، وانخفاض في مؤشرات الأديم المتوسط ​​(Xbra، Eomes ، Vent-1، Mix-1، وMixer). يحدث العكس في تجارب تثبيط الإكتوديرمين باستخدام استراتيجية المورفولين؛ حيث تصبح الأجنة أكثر حساسية لاستجابة الأكتيفين، وتُظهر زيادة وتوسعًا في التعبير عن الجينات الخاصة بالأديم المتوسط، وانخفاضًا في التعبير عن مؤشرات الصفيحة العصبية والبشرة (Sox2 والسيتوكيراتين على التوالي). تماشياً مع نشاط إنزيم يوبيكويتين ليغاز المعتمد على حلقة RING لبروتين إكتوديرمين، فإن طفرة حلقة RING لبروتين إكتوديرمين (C97A/C100A) تكون غير نشطة عند زيادة وظيفتها. [ 6 ] تؤدي زيادة وظيفة بروتين FAM إلى زيادة الاستجابة لبروتين BMP وعامل TGFβ، بينما يؤدي فقدان وظيفته نتيجة طفرة في أحد الأحماض الأمينية الأساسية لنشاطه إلى تثبيط استجابة TGFβ.

الحفاظ على الإكتوديرمين وFAM في أنواع أخرى

تشير الوظيفة الجزيئية للإكتوديرمين البشري، المتمثلة في العمل كمنظم سلبي لـ Smad4، إلى أن هذه الوظيفة المحددة محفوظة بين الفقاريات. [ 6 ] تتجاوز نسبة تطابق التسلسل بين نظائر FAM 90% عند مقارنة نظائرها في الضفدع الأفريقي ، وسمك الزيبرا، والفأر، والإنسان، مما يوحي بأن هذه الوظيفة قد تكون محفوظة أيضًا بين الكائنات الحية الأخرى. [ 9 ] في الواقع، أظهر تعطيل الجين في أجنة الفئران أن وظيفة الإكتوديرمين كمثبط لإشارات TGF-beta محفوظة. [ 10 ] تُظهر الأجنة التي تفتقر إلى الإكتوديرمين خللًا في نمو الأديم الباطن الحشوي الأمامي (AVE)، وهو أول نسيج يتم تحفيزه بواسطة إشارات TGF-beta في أجنة الفئران؛ وتماشيًا مع فقدان المثبط، أظهرت أجنة الإكتوديرمين-/- زيادة في تحفيز AVE. بما أن الأديم الظاهر الأمامي (AVE) مصدر طبيعي لمضادات TGF-beta المفرزة، فقد تسبب هذا التوسع الأولي للأديم الظاهر الأمامي في تثبيط روابط TGF-beta خارج الخلية في مراحل لاحقة، مما أدى إلى أجنة تفتقر إلى نمو الأديم المتوسط. وقد تأكد هذا النموذج من خلال اكتشاف أن أجنة ectodermin-/- قد تم إنقاذها إلى النمط البري (أديم ظاهر أمامي طبيعي، نمو طبيعي للأديم المتوسط) عن طريق خفض الجرعة الجينية لرابط TGF-beta الرئيسي للجنين، Nodal. ومما يدعم دوره كمثبط لـ TGF-beta، أن الحذف الانتقائي للأنسجة من الأديم الظاهر (الذي ينشأ منه الأديم المتوسط، وليس الأديم الظاهر الأمامي) لم يؤثر على الأديم الظاهر الأمامي، ولكنه تسبب هذه المرة في توسع مصائر الأديم المتوسط ​​الأمامي، مما يشير إلى زيادة الاستجابة لإشارات TGF-beta. وقد أكدت هذه البيانات مجتمعة باستخدام الأدوات الجينية دورًا مستقلًا للخلايا لبروتين إكتوديرمين كمثبط لاستجابات Smad4 التي تم تحديدها سابقًا في أجنة Xenopus وخطوط الخلايا البشرية.

فوكسي 1 إي

الدور البيولوجي لـ FOXI1e

خلال المراحل المبكرة من نمو الضفدع الأفريقي ( Xenopus )، يُفعّل عامل النسخ FoxI1e/Xema تمايز البشرة ويُثبّط الجينات الخاصة بالأديم الباطن والأديم المتوسط ​​في القلنسوة الحيوانية (سوري وآخرون، 2005). ويُشير إلى أن FoxI1e يكون نشطًا قبل تمايز الأديم الظاهر إلى بشرة وجهاز عصبي مركزي.

تحديد FoxI1e

حدد مير وآخرون (2005) جين FoxI1e (Xema) من خلال اختيار الجينات التي انخفض تعبيرها استجابةً لإشارات تحفيز الأديم المتوسط ​​في الأديم الظاهر مقارنةً بالمنطقة النباتية في جنين البلاستولة المبكر . كما لوحظ ارتفاع تعبير هذا الجين في الأغطية الحيوانية للأجنة التي تفتقر إلى VegT مقارنةً بالنمط البري.

التموضع في الخلية

يُعبَّر عن mRNA الخاص بـ FoxI1e في الزيجوت (المرحلة 8.5)، ويبلغ مستوى تعبيره ذروته في المراحل المبكرة من التكوين الجنيني، ويحافظ على هذا المستوى في مرحلة الأنبوب العصبي، ثم في مرحلة البرعم الذنبي حتى المراحل المبكرة من الشرغوف. [ 4 ] يتميز FoxI1e بنمط تعبير فسيفسائي فريد، حيث يُعبَّر عنه أولًا في الأديم الظاهر الظهري، ومع تقدم مرحلة التكوين الجنيني، ينتقل التعبير إلى الجانب البطني، ثم ينخفض ​​في الجانب الظهري عند تكوّن الصفيحة العصبية. [ 11 ] يعتمد FoxI1e على إشارات BMP في مرحلة الأنبوب العصبي، مما يحد من تموضعه في الجانب البطني من الأديم الظاهر.

وظيفة البروتين وتنظيمه

ينتمي FoxI1e/Xema إلى عائلة عوامل النسخ FoxI1 من عائلة عوامل النسخ ذات الرأس المتشعب، والمعروفة بمشاركتها في تكوين الأديم المتوسط، وتطور العين [ 12 ] ، وتحديد الرأس البطني. [ 13 ] وقد اقتُرح أن Notch و/أو NODAL ، المُعبَّر عنهما في منطقة الأديم المتوسط/النباتي في جنين البلاستولة المبكر ، قد يكونان مثبطين لـ FoxI1e. [ 3 ] [ 11 ]

فقدان الوظيفة واكتسابها

يُظهر تثبيط نضج mRNA الخاص بـ FoxI1e بواسطة مورفولينو مانع للوصل تشوهات في نمو البشرة والجهاز النفاذ، ويؤدي إلى انخفاض تنظيم الجينات الخاصة بالأديم الظاهر، بينما يُثبط الإفراط في التعبير عن FoxI1e تكوين الأديم المتوسط ​​والأديم الباطن. تُشكل التراكيب النباتية كتلًا من البلاستولة المتأخرة التي من المفترض أن تُنتج الأديم الباطن والأديم المتوسط، وعند حقنها بـ mRNA الخاص بـ FoxI1e، فإنها قادرة على التعبير عن علامات خاصة بالأديم الظاهر (E-cadherin الشامل للأديم الظاهر، والكيراتين الخلوي الظهاري، وعلامة العرف العصبي Slug، والعلامة العصبية Sox-2)، بينما ينخفض ​​التعبير عن علامات الأديم الباطن (endodermin، وXsox17a). [ 3 ] [ 4 ]

XFDL156

الدور البيولوجي لـ XFDL156

يرتبط بروتين p53 بمحفزات جينات الأديم المتوسط ​​المبكرة. [ 14 ] يُعدّ p53 نسخةً مُودعةً من الأم، تُشكّل مُركّبًا عاملًا نسخيًا مع Smad2، وتُحفّز التعبير عن الجينات المُشاركة في تحفيز الأديم المتوسط ​​وتنشيط جينات TGFβ المستهدفة. [ 15 ] يعمل البروتين النووي XFDL159، ذو أصابع الزنك ، والمُعبّر عنه في القبعة الحيوانية، كعامل للأديم الظاهر، حيث يُحدّد الأديم الظاهر عن طريق تثبيط p53 من تنشيط جينات تمايز الأديم المتوسط. [ 5 ]

تحديد XFDL156

تم إنشاء مكتبة cDNA من الأغطية الحيوانية في المرحلة 11.5، ثم استُنسخت في ناقل التعبير، وتم توليد mRNA. بعد ذلك، حُقن الحمض النووي الريبوزي الاصطناعي في الأجنة، وجُمعت الأغطية الحيوانية لهذه الأجنة وخضعت لمعالجة الأكتيفين . تم استعادة Xbra عن طريق اختيار المستنسخ الذي يثبط الواسم المتوسطي Xbra. [ 5 ]

تحديد موقع XFDL156

بما أن XFDL156 عامل يتفاعل مع p53، فإن هذا البروتين يتمركز في النواة (ساساي وآخرون، 2008). يُودع mRNA الخاص بـ XFDL156 من الأم ثم يُعبَّر عنه في الزيجوت. يُظهر التسلسل الزمني للتعبير الجيني مستوى تعبير أعلى في المراحل المبكرة من التكوين الجنيني، وانخفاضًا بمقدار النصف في منتصف التكوين الجنيني، ثم يتلاشى التعبير تمامًا بحلول المرحلة 20. [ 5 ]

الوظيفة البروتينية لـ XFDL156

يرتبط إصبع الزنك XFDR بالمنطقة التنظيمية لـ p53 الموجودة في المجال الطرفي C ولا يتأثر تعبيره بوجود عوامل النسخ أكتيفين أو FoxI1e أو XLPOU91.

فقدان واكتساب الوظيفة في XFDL156

يؤدي فقدان الوظيفة بواسطة المورفولين إلى تمايز غير صحيح للخلايا المتوسطة في المناطق الخارجية؛ وينتج هذا عن إزالة تثبيط المؤشرات المتوسطة (Xbra وVegT وMix.2). أما اكتساب الوظيفة فيؤدي إلى انخفاض في التعبير عن المؤشرات المتوسطة. [ 5 ]

الحفاظ على نظائر XFDL في أنواع أخرى

تستطيع نظائر XFDR156 البشرية والفأرية استكمال وظيفة XFDR المتمثلة في التفاعل مع p53 وتثبيطه ليعمل كعامل نسخ. [ 5 ]

مراجع

  1. ↑ هيسمان، ج.، كوارمبي، ج.، وويلي، سي سي (1984). سحابة الميتوكوندريا في بويضات الضفدع الأفريقي: مصدر مادة الحبيبات الجرثومية. علم الأحياء التنموي 105، 458-469.
  2. ↑ سنير، م.، أوفير، ر.، إلياس، س.، وفرانك، د. (2006). بروتين POU91 في الضفدع الأفريقي ذي المخالب، وهو نظير لبروتين Oct3/4، ينظم تحولات الكفاءة من الأديم المتوسط ​​إلى مصائر الخلايا العصبية. مجلة EMBO 25، 3664-3674.
  3. 1 2 3 مير، أ.، كوفرون، م.، زورن، أ.م.، بايزر، م.، حق، م.، هيسمان، ج.، وويلي، س.س. (2007). يُفعّل FoxI1e تكوين الأديم الظاهر ويتحكم في موضع الخلية في البلاستولة في الضفدع الأفريقي. التطور 134، 779-788.
  4. 1 2 3 سوري، سي.، هاريماكي، تي.، وواينشتاين، دي سي (2005). يُعدّ جين Xema، وهو جين من فئة foxi يُعبّر عنه في الأديم الظاهر لضفدع Xenopus في مرحلة الجاسترولا، ضروريًا لكبح الأديم المتوسط ​​الباطن. التطور 132، 2733-2742.
  5. 1 2 3 4 5 6 ساساي، ن.، ياكورا، ر.، كاميا، د.، ناكازاوا، ي.، وساساي، ي. (2008). عامل الأديم الظاهر يقيد تمايز الأديم المتوسط ​​عن طريق تثبيط p53. رقم الخلية 133، 878-890.
  6. 1 2 3 4 5 6 7 دوبونت، س.، زاكينيا، ل.، كوردينونسي، م.، سوليغو، س.، أدورنو، م.، روج، م.، وبيكولو، س. (2005). تحديد طبقات الخلايا الجرثومية والتحكم في نمو الخلايا بواسطة إكتوديرمين، وهو إنزيم يوبيكويتين ليغاز من نوع Smad4. الخلية 121، 87-99.
  7. ↑ سيجل، بي إم، وماساجو، جيه. (2003). التأثيرات المثبطة للخلايا والمحفزة للاستماتة لـ TGFβeta في التوازن الخلوي والسرطان. مراجعات الطبيعة - السرطان 3، 807-821.
  8. 1 2 Dupont, S., Mamidi, A., Cordenonsi, M., Montagner, M., Zacchigna, L., Adorno, M., Martello, G., Stinchfield, MJ, Soligo, S., Morsut, L., et al. (2009). FAM / USP9x ، وهو إنزيم deubiquitinating ضروري لإشارات TGFβeta ، يتحكم في أحادي Smad4. الخلية 136، 123-135.
  9. 1 2 خوت، بي واي، تاكر، بي، لارديللي، إم، وود، إس إيه (2007). التحليل التطوري والتعبيري لإنزيم إزالة اليوبيكويتين في سمكة الزيبرا، usp9. سمكة الزيبرا 4، 95-101.
  10. ↑ مورسوت إل، يان كيه بي، إنزو إي، أراغونا إم، سوليغو إس إم، ويندلينغ أو، مارك إم، خيتشوميان كيه، بريسان جي، شامبون بي، دوبون إس، لوسون آر، بيكولو إس (2010). "التحكم السلبي في نشاط Smad بواسطة إكتوديرمين/Tif1gamma يُشكّل نمط الجنين الثديي". التطور . 137 (15): 2571-2578 . doi : 10.1242/dev.053801 . hdl : 11380/1183751 . PMID 20573697 . 
  11. 1 2 مير، أ.، كوفرون، م.، هيسمان، ج.، موغل، م.، لانغ، س.، بيرسوي، ب.، وويلي، س. (2008). تتحكم الإشارات طويلة المدى وقصيرة المدى في التعبير الديناميكي لجين خاص بنصف الكرة المخية في الضفدع الأفريقي (Xenopus). ديف بيول 315، 161-172.
  12. ↑ بول، بي إس، روسنر، أ.، ونوخل، دبليو. (2005). عائلة جينات فوكس في الضفدع الأفريقي المخلبي: فوكس آي 2، فوكس إم 1، وفوكس بي 1 في مراحل النمو المبكرة. المجلة الدولية لعلم الأحياء التنموي 49، 53-58.
  13. ↑ ماتسو-تاكاساكي، م.، ماتسومورا، م.، وساساي، ي. (2005). دور أساسي لجين Xenopus Foxi1a في تحديد الجانب البطني للأديم الظاهر الرأسي أثناء التكوين الجنيني. التطور 132، 3885-3894.
  14. ↑ كوردينونسي، م.، دوبون، س.، ماريتو، س.، إنسينغا، أ.، إمبريانو، س.، وبيكولو، س. (2003). الروابط بين مثبطات الأورام: يُعدّ البروتين p53 ضروريًا لاستجابات جين TGFβeta من خلال التعاون مع بروتينات Smad. مجلة Cell، المجلد 113، الصفحات 301-314.
  15. ↑ تاكيباياشي-سوزوكي، ك.، فونامي، ج.، توكوموري، د.، سايتو، أ.، واتابي، ت.، ميازوونو، ك.، كاندا، أ.، وسوزوكي، أ. (2003). التفاعل بين مثبط الورم p53 وإشارات TGF-β يُشكّل محاور الجسم الجنيني في الضفدع الأفريقي (Xenopus). التطور 130، 3929-3939.