معلومة

13.14: جينات Hox - علم الأحياء

13.14: جينات Hox - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

منذ أوائل القرن التاسع عشر ، لاحظ العلماء أن العديد من الحيوانات ، من البسيط جدًا إلى المعقد ، تشترك في التشكل والتطور الجنيني المتشابهين. تساءلوا ما الذي يملي الاتجاه التنموي الذي يمكن أن يتخذه ذبابة أو فأر أو ضفدع أو جنين بشري.

قرب نهاية القرن العشرين ، تم اكتشاف فئة معينة من الجينات كانت لها هذه الوظيفة بالذات. تسمى هذه الجينات التي تحدد بنية الحيوان "الجينات المثلية" ، وهي تحتوي على تسلسلات الحمض النووي التي تسمى الصناديق المثلية. يشار على وجه التحديد إلى الجينات الحيوانية التي تحتوي على متواليات homobox هوكس الجينات. هذه العائلة من الجينات مسؤولة عن تحديد مخطط الجسم العام ، مثل عدد أجزاء الجسم للحيوان ، وعدد الزوائد وموضعها ، واتجاه رأس الحيوان - الذيل. الأول هوكس الجينات التي سيتم ترتيب تسلسلها هي تلك الموجودة في ذبابة الفاكهة (ذبابة الفاكهة سوداء البطن). واحد هوكس يمكن أن تؤدي الطفرة في ذبابة الفاكهة إلى نمو زوج إضافي من الأجنحة أو حتى الزوائد من الجزء "الخطأ" من الجسم.

في حين أن هناك عددًا كبيرًا من الجينات التي تلعب دورًا في التطور المورفولوجي للحيوان ، ما الذي يصنع هوكس الجينات القوية للغاية هي أنها تعمل كجينات تحكم رئيسية يمكنها تشغيل أو إيقاف أعداد كبيرة من الجينات الأخرى. هوكس تقوم الجينات بذلك عن طريق ترميز عوامل النسخ التي تتحكم في التعبير عن العديد من الجينات الأخرى. هوكس الجينات متماثلة في مملكة الحيوان ، أي التسلسل الجيني لـ هوكس تتشابه الجينات ومواقعها على الكروموسومات بشكل ملحوظ في معظم الحيوانات بسبب وجودها في سلف مشترك ، من الديدان إلى الذباب والفئران والبشر (الشكل 1).

هوكس الجينات هي جينات محفوظة للغاية ترميز عوامل النسخ التي تحدد مسار التطور الجنيني في الحيوانات. في الفقاريات ، تم تكرار الجينات في أربع مجموعات: Hox-A, Hox-B, هوكس سي، و Hox-D. يتم التعبير عن الجينات داخل هذه المجموعات في أجزاء معينة من الجسم في مراحل معينة من التطور.

أحد المساهمات في زيادة تعقيد جسم الحيوان هو ذلك هوكس مرت الجينات بحدثين مزدوجين على الأقل خلال تطور الحيوان ، مع الجينات الإضافية التي تسمح بتطور أنواع الجسم الأكثر تعقيدًا.

سؤال الممارسة

اذا كان هوكس 13 تم استبدال الجين في الماوس بـ Hox 1 الجين ، كيف يمكن لهذا أن يغير نمو الحيوان؟

[صفوف منطقة الممارسة = "2 ″] [/ منطقة الممارسة]
[تكشف-إجابة q = ”319959 ″] إظهار الإجابة [/ تكشف-إجابة]
[hidden-answer a = ”319959 ″] قد ينمو للحيوان رأسان وليس له ذيل. [/ hidden-answer]


التعبير الجيني Hox أثناء تطوير الفورونيد Phoronopsis hareri

خلفية: Phoronida هي مجموعة صغيرة من مغذيات التعليق البحرية الشبيهة بالديدان ، والتي تشكل جنبًا إلى جنب مع ذراعي الأرجل و bryozoans clade Lophophorata. على الرغم من أن تطورها تمت دراسته جيدًا على المستوى المورفولوجي ، إلا أن البيانات المتعلقة بالتعبير الجيني خلال هذه العملية نادرة وتقتصر على تحليل عوامل النسخ القليلة نسبيًا. هنا ، نقدم وصفًا لأنماط التعبير عن جينات Hox أثناء التطور الجنيني واليرقي للفورونيد Phoronopsis hareri.

نتائج: حددنا تسلسل ثمانية جينات Hox في نسخة دكتوراه الحرميري وحدد نمط تعبيرهم أثناء التطور الجنيني واليرقي باستخدام تهجين كامل في الموقع. وجدنا أنه لا يتم التعبير عن أي من جينات Hox أثناء التطور الجنيني. وبدلاً من ذلك ، يبدأ تعبيرهم في مراحل التطور اللاحقة ، عندما يكون جسم اليرقات قد تشكل بالفعل. في مراحل اليرقات الأولية التي تم فحصها ، يتم التعبير عن جينات Hox بطريقة غير متداخلة في الجسم الخلفي لليرقات: في telotroch والهياكل التي تمثل أساسيات الدودة البالغة. بالإضافة إلى ذلك ، وجدنا أن بعض عوامل النسخ الخاصة بالرأس يتم التعبير عنها في غطاء الفم ، والعضو القمي ، والجوف قبل الفم ، والجهاز الهضمي ، وتطوير مجسات اليرقات ، أمام مناطق التعبير عن Hox.

الاستنتاجات: نقص التعبير الجيني Hox أثناء التطور المبكر لـ دكتوراه الحرميري يشير إلى أن جسم اليرقة يتطور بدون معلومات موضعية من نظام الزخرفة Hox. قد تكون هذه الظاهرة نتيجة الإقحام التطوري لشكل اليرقات في دورة حياة الأجداد للفورونيدات. يمكن أن يكون التعبير الجيني Hox المرصود أيضًا نتيجة لتمثيل الأكتينوتروشا "يرقة الرأس" ، والتي تتكون من أكثر مناطق الجسم الأمامية الخالية من التعبير الجيني Hox. يتم دعم هذا التفسير أيضًا من خلال التعبير عن عوامل النسخ الخاصة بالرأس. هذا يعني أن نظام الزخرفة Hox يستخدم للمعلومات الموضعية لأساسيات الجذع ، وبالتالي ، يتأخر إلى مراحل اليرقات اللاحقة. نقترح أن شكل الجسم الجديد قد تم إقحامه لدورة حياة phoronid عن طريق التطور المبكر للهياكل الأمامية أو عن طريق تأخر تطور جذع اليرقة في يرقة phoronid الأسلاف.

الكلمات الدالة: دورة الحياة ثنائية الطور خطة الجسم رأس الدماغ التطوير غير المباشر الإقحام تاريخ الحياة تطور Lophophorata Lox2 Spiralia.

بيان تضارب المصالح

تضارب المصالح - يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح متنافسة.


خيارات الوصول

احصل على حق الوصول الكامل إلى دفتر اليومية لمدة عام واحد

جميع الأسعار أسعار صافي.
سيتم إضافة ضريبة القيمة المضافة في وقت لاحق عند الخروج.
سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

احصل على وصول محدود أو كامل للمقالات على ReadCube.

جميع الأسعار أسعار صافي.


مراجع

Runnegar ، B. & amp Pojeta ، J. J. Molluscan phylogeny: وجهة نظر علم الحفريات. علم 186, 311–317 (1974)

البيت ، M. R. in رأسيات الأرجل - الحاضر والماضي (محرران Wiedmann، J. & amp Kullmann، J.) 1–16 (Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung، Stuttgart، 1988)

Lowe ، C.J & amp Wray ، G. A. التعديلات الجذرية في أدوار جينات homobox أثناء تطور شوكيات الجلد. طبيعة سجية 389, 718–722 (1997)

كيز ، دي ن وآخرون. توظيف أ قنفذ الدائرة التنظيمية في تطور نقطة عين الفراشة. علم 283, 532–534 (1999)

كارول ، S. B. ، جرينير ، J. K. & amp Weatherbee ، S. D. من الحمض النووي إلى التنوع: علم الوراثة الجزيئية وتطور تصميم الحيوان (بلاكويل ساينس ، مالدن ، 2001)

تيلفورد ، م.ج.دليل على اشتقاق ذبابة الفاكهة فوشي تارازو الجين من جين Hox المتعامد إلى lophotrochozoan. Lox5. بالعملة. بيول. 10, 349–352 (2000)

Godwin، A.R & amp Capecchi، M. R. Hoxc13 الفئران المتحولة تفتقر إلى الشعر الخارجي. تطوير الجينات. 12, 11–20 (1998)

Callaerts ، P. وآخرون. HOX الجينات في الحبار المنفصل سكولوب Euprymna: الآثار المترتبة على تطور مخططات الجسم المعقدة. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 99, 2088–2093 (2002)

Brusca و R. C. & amp Brusca و G. J. اللافقاريات (ماساتشوستس ، سيناور ، سندرلاند ، 2003)

Boletzky، S. v. in رأسيات الأرجل - الحاضر والماضي (ed. Wiedmann، J.K، J.)) 167–179 (Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung، Stuttgart، 1988)

Budelmann ، B. U. in النظم العصبية للافقاريات: نهج تطوري ومقارن (محرران Breidbach، O. & amp Kutsch، W.) 115-138 (بيركهاوزر ، بازل ، 1995)

هينمان ، ف.ف ، أوبراين ، إ. ك. ، ريتشاردز ، ج. & أمبير ديجنان ، ب.م. هوكس الجينات أثناء تطور اليرقات من بطني الأرجل هاليوتيس أسينينا. Evol. ديف. (في الصحافة)

Shigeno، S.، Kidokoro، H.، Tsuchiya، K.، Segawa، S. & amp Yamamoto، M. تطوير الدماغ في الحبار oegopsid ، تودارودس باسيفيكوس: أطلس حتى مرحلة الفقس. زول. علوم. 18, 527–541 (2001)

Shigeno، S.، Tsuchiya، K. & amp Segawa، S. التطور الجنيني والمشابك للجهاز العصبي المركزي للحبار اللوليجينيد الدرس Sepioteuthis. J. كومب. نيورول. 437, 449–475 (2001)

هارتمان ، ب. وآخرون. Pax6 في الحبار المنفصل ، سكولوب Euprymna: دليل على دور في نمو العين والجهاز الحسي والدماغ. ميكانيكي. ديف. 120, 177–183 (2003)

Boletzky، S. v. كتاب ماكجرو هيل السنوي للعلوم والتكنولوجيا 73-76 (ماكجرو هيل ، نيويورك ، 1994)

يونغ ، J.Z. تنظيم العقدة رأسيات الأرجل. فيل. عبر. R. Soc. لوند. ب 263, 409–429 (1972)

Boletzky، S. v.، Frösch، D. & amp Mangold، K. Développement de vésicules Associées au complexe brachial chez les Céphalopodes. سي آر أكاد. علوم. (باريس) د 270, 2182–2184 (1970)

Sundermann ، G. تطور وحالة الفقس لأعضاء حويصلة الأديم الظاهر في رأس أوفيسيناليس البني الداكن, Loligo vulgaris، و لوليجو فوربيسي (رأسيات الأرجل ، ديكابراتشيا). زومورفولوجيا 109, 343–352 (1990)

McFall-Ngai، M. & amp Montgomery، M. سكولوب Euprymna بيري (رأسيات الأرجل: Sepiolidae). بيول. ثور. 179, 332–339 (1990)

Nogi، T. & amp Watanabe، K. تعبير خاص بالموقف وغير كوليني للجين المستوي الخلفي (البطن- B-like). ديف. فارق النمو. 43, 177–184 (2001)

Kulakova، M.A، Kostyuchenko، R. P.، Andreeva، T.F & amp Dondua، A. K. The البطن- بمثل التعبير الجيني أثناء تطور اليرقات نيريس فيرينز (polychaeta). ميكانيكي. ديف. 115, 177–179 (2002)

Zákány، J. & amp Duboule، D. هوكس الجينات في تطور الأرقام وتطورها. الدقة الأنسجة الخلوية. 296, 19–25 (1998)

Averof، M. & amp Patel، N. H. تطور ملحق القشريات المرتبط بالتغيرات في هوكس التعبير الجيني. طبيعة سجية 388, 682–686 (1997)

بورك ، إيه سي ، نيلسون ، سي إي ، مورجان ، بي إيه ، وأمبير تابين ، سي. هوكس الجينات وتطور التشكل المحوري للفقاريات. تطوير 121, 333–346 (1995)

Moshel، S. M.، Levine، M. & amp Collier، J.R Shell التمايز و محفور التعبير في إلياناسا الجنين. ديف. تطور الجينات. 208, 135–141 (1998)

Nederbragt، A. J.، van Loon، A. E. & amp Dictus، W.J A.G Expression of الرضفة فولجاتا أخصائيو تقويم محفور و dpp-BMP2 / 4 في المجالات المجاورة أثناء تطوير قوقعة الرخويات ، تشير إلى آلية حدود مقصورة محفوظة. ديف. بيول. 246, 341–355 (2002)

Wanninger ، A. & amp Haszprunar ، G. التعبير عن محفور البروتين أثناء تكوين القشرة الجنينية في قشرة الناب ، أنتاليس إنتاليس (مولوسكا ، سكافوبودا). Evol. ديف. 3, 312–321 (2001)

سيفر ، إي سي ، بولسون ، دي ، إيرفين ، إس كيو & أمبير مارتينديل ، إم كيو.التعبير المكاني والزماني عن ش-إن، ال محفور الجين في polychaete Chaetopterus، لا يدعم دورًا في تجزئة محور الجسم. ديف. بيول. 236, 195–209 (2001)

هولندا ، سي إتش. رأسيات الأرجل النوتيلويد: نجاح غريب. J. جيول. شركة لوند. 144, 1–15 (1987)


نتائج

Hoxb9 overexpression في الخلايا القشرية الكظرية

تورطت جينات HOX في بدء وتقدم العديد من السرطانات. 11 لقد أظهرت دراساتنا ودراسات أخرى ذلك Hoxb9 يتم التعبير عنه في المراحل المبكرة من تطور قشرة الغدة الكظرية. 14،33 للتحقيق في ما إذا كان HOXB9 التعبير مرتبط بـ ACC ، قمنا بتحليل بيانات التعبير الجيني للمريض من مجموعة Cochin التي تحتوي على الغدة الكظرية الطبيعية (NAd) والورم الغدي الكظري (ACA) وعينات ACC. 3 في مجموعة البيانات هذه ، HOXB9 كان التعبير أعلى في عينات ACC مع كون الفرق مع ACA مهمًا ، ولكن ليس مع NAd (الشكل 1 أ). تم استخدام التجميع الإجماعي لتعبير mRNA لتقسيم مرضى ACC إلى أولئك الذين يعانون من مرض عدواني ، C1A ، وأولئك الذين يعانون من المرض البطيء ، C1B. في كل من مجموعة بيانات Cochin وفي عينات ACC من أطلس السرطان الجيني (TCGA) ، HOXB9 كان التعبير أعلى بشكل ملحوظ في C1A مقارنة بـ C1B (الشكل 1 ب). بالتوافق مع HOXB9 يرتبط التعبير بمرض عدواني ، وتحليلات مرضى TCGA و Cochin إلى مستويات عالية ومنخفضة HOXB9 أظهر التعبير أن مرضى ACC مع ارتفاع HOXB9 كان للتعبير تنبؤ البقاء على قيد الحياة ضعيفًا (الشكل 1 ج). معا هذه البيانات تشير إلى أن مرتفعة HOXB9 قد يلعب التعبير في ACC دورًا في تطور الورم إلى مرض عدواني.

أ HOXB9 التعبير الجيني في الغدة الكظرية للإنسان الطبيعي (NAd) ، وعينات الورم الحميد لقشر الكظر (ACA) ، وعينات سرطان قشر الكظر (ACC) من مجموعة كوشين. التحليل الإحصائي هو اختبار ثنائي الاتجاه من ANOVA تركيا ، ***ص = 0.0004. ب HOXB9 التعبير في عينات ACC من المرضى الذين يعانون من مرض C1A العدواني أو مرض من النوع C1B البطيء من TCGA و Cochin. التحليل الإحصائي هو اختبار ويلكوكسون ***ص = 0.00053, *ص = 0.04. ج منحنيات بقاء كابلان ماير لمرضى ACC من مجموعات TCGA و Cochin التي كانت مرتفعة أو منخفضة HOXB9 التعبير. د رسم تخطيطي لـ Sf-1: Hoxb9 بنية معدلة وراثيًا تستخدم في الزيادة Hoxb9 التعبير في الغدد الكظرية. bGH pA هو تسلسل هرمون النمو البقري polyA. ه qRT-PCR لـ Hoxb9 على الغدد الكظرية من النوع البري و Hoxb9 t / g. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من ثلاثة تكرارات بيولوجية. F HOXB9 الكيمياء المناعية على أقسام من الإناث البرية و Hoxb9 t / g الغدد الكظرية. ZG هو منطقة الكبيبات. ز الأوزان الرطبة للذكور والإناث من الغدد الكظرية من النوع البري و Hoxb9 t / g. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من أربع عينات. ح بقع الهيماتوكسيلين والأيوزين (H & ampE) على أجزاء من الغدد الكظرية من النوع البري و Hoxb9 t / g من الغدد الكظرية. ج هي القشرة ، م هي النخاع. أنا الكيمياء الهيستولوجية المناعية Ki67 على أقسام من النوع البري و Hoxb9 t / g أنثى الغدد الكظرية. ي مخطط شريطي للنسبة المئوية للخلايا الإيجابية Ki67 في الغدد الكظرية من النوع البري و Hoxb9 t / g من الذكور والإناث. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من ثلاثة مكررات بيولوجية. ك qRT-PCR لـ سادس -1 على الغدد الكظرية من النوع البري و Hoxb9 t / g. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من ثلاثة مكررات بيولوجية. تلاميذ ر اختبار، **ص & lt 0.01 ، *ص & لتر 0.05. يشير Hoxb9 t / g إلى Sf-1: Hoxb9 معدل وراثيًا.

للتحقيق في تأثير المستويات العالية من HOXB9 في الخلايا القشرية الكظرية ، أنشأنا فئرانًا معدلة وراثيًا تحمل بنية BAC التي تحتوي على Hoxb9 إدراج cDNA في ملف سادس -1 موضع (Sf-1: Hoxb9 الفئران ، يشار إليها باسم Hoxb9 t / g ، الشكل 1 د). أظهر تحليل التعبير الكمي RT-PCR (qRT-PCR) زيادة في Hoxb9 المستويات في الغدة الكظرية البالغة للفئران المعدلة وراثيا (الشكل 1 هـ). تم تأكيد ذلك في دراسات تلطيخ الأجسام المضادة ، والتي أظهرت نطاقًا موسعًا لتعبير HOXB9 ، مما يعكس نمط سادس -1 تسلسل القيادة المروج Hoxb9 (الشكل 1f والشكل التكميلي S1A). في الغدة الكظرية الطبيعية ، تم التعبير عن HOXB9 بشكل أساسي في منطقة الحزم (ZF) ، بينما وجد التعبير أيضًا في خلايا المنطقة القشرية الخارجية الكبيبية (ZG) في الحيوانات المعدلة وراثيًا. تم العثور أيضًا على خلايا معبرة عن HOXB9 في لب الغدد المعدلة وراثيًا من فئران عمرها 3 أشهر لم تكن موجودة في الحيوانات الضابطة (الشكل التكميلي S1B). لم يُظهر تحليل النمط الظاهري للغدة الكظرية للفئران المعدلة وراثيًا في عمر 3 و 18 شهرًا أي تغييرات واضحة في الحجم أو البنية مقارنة بالغدد الكظرية من النوع البري (الشكل 1 جم ، ح ، الشكل التكميلي S1C ، D). كشف تلطيخ Ki67 عن عدم وجود فرق في عدد الخلايا المتكاثرة بين الحيوانات المعدلة وراثيًا والبرية (الشكل 1i ، j والشكل التكميلي S1E). قمنا بعد ذلك بتحليل التعبير عن الجين المستهدف HOX الجنيني المعروف ، سادس -1، وعلامات الغدة الكظرية الجذعية / وظيفة الخلية السلفية ، وهدف إشارة WNT. في كل من الغدد الكظرية للإناث والذكور من الفئران المعدلة وراثيًا ، سادس -1 زاد التعبير ثلاثة أضعاف ، بينما لم يكن هناك تغيير في تعبير صه, مرمم (Ptch) أو أكسين 2 (الشكل 1 ك والشكل التكميلي S1F). هذا يشير إلى أن مرتفعة Hoxb9 غير قادر على إحداث تطور الأورام ولكن يمكنه تعزيزها سادس -1 التعبير في الغدة البالغة. لتحديد ما إذا كانت منطقة الغدة الكظرية قد تعطلت بسبب الارتفاع Hoxb9 التعبير ، أجرينا تحليلات تلطيخ كيميائي مناعي (IHC) وتحليلات qRT-PCR باستخدام علامات من نوع الخلية لـ ZG (Dab2 و Cyp11b2) ، ZF (Cyp11b1) ، النخاع الكظري (TH) ومنطقة X (20α-HSD ، اسم الجين Akr1c18، و Pik3c2g) على الغدد الكظرية لدى الذكور والإناث (الشكل 2). أظهرت هذه البيانات أن الحيوانات المعدلة وراثيا لم يكن لها أي تغيير في علامات ZG أو ZF القشرية الكظرية (الشكل 2 أ ، ب). وبدلاً من ذلك ، كان للغدد من إناث الفئران المعدلة وراثيًا البالغة من العمر 3 أشهر منطقة X مشتقة من الجنين أكبر مع خلايا إيجابية لـ Sf-1 تتسلل إلى النخاع (الشكل 2 ج ، د و S2A). تصرفت منطقة X الأكبر في الحيوانات المعدلة وراثيًا كما في النوع البري من حيث أنها وجدت فقط في الذكور قبل سن البلوغ (الشكل التكميلي S2B) وتراجعت في الإناث الأكبر سنًا (الشكل 2 ج).

أ Dab2 و Cyp11b2 و Cyp11b1 على أقسام من الغدد الكظرية من النوع البري و Hoxb9 t / g من الذكور والإناث. ب qRT-PCR لـ Cyp11b1 و Cyp11b2 على الغدد الكظرية من النوع البري و Hoxb9 t / g. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من ثلاثة تكرارات بيولوجية. ج Tyrosine Hydroxylase (TH) و 20α-HSD المناعية على أقسام من النوع البري و Hoxb9 t / g 3 و 12 شهرًا من الغدد الكظرية للإناث. د qRT-PCR لـ Akr1c18 و Pik3c2g على الأنثى البرية و Hoxb9 t / g الغدد الكظرية. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من ثلاثة مكررات بيولوجية. م هو النخاع ، والسهام تشير إلى الخلايا الإيجابية. تلاميذ ر اختبار، *ص & لتر 0.05. يشير Hoxb9 t / g إلى Sf-1: Hoxb9 المعدلة وراثيًا.

مرتفع Hoxb9 تتعاون مع متحولة Ctnnb1 أثناء تكوين الورم

للتحقق مما إذا كان HOXB9 يمكن أن يعزز تكوين الورم ، قمنا بتربية Sf-1: Hoxb9 الفئران مع الفئران التي تحتوي على الشرط المنشط Ctnnb1 حذف أليل وبنية مع recombinase يقودها Cyp11a1- التسلسلات التنظيمية (Ctnnb1 الفئران المتحولة ، المشار إليها باسم ABC). كما هو متوقع ، من الغدة الكظرية Ctnnb1 أظهرت الفئران المتحولة تكوين ورم يتميز بزيادة حجم الأعضاء ، والذي كان أكبر في الأنثى (الشكلان 1 جم و 3 ب). كانت هذه الأورام تفتقر إلى بنية المنطقة ، وفقدان الخلايا النخاعية والتعبير العالي لعلامة ZG Dab2 في جميع أنحاء الورم (الشكل التكميلي S3A ، B). ستة أشهر Ctnnb1 أظهرت الفئران المتحولة التي حملت أيضًا التحوير Sf-1: Hoxb9 (الفئران ذات الطفرات المزدوجة ، المشار إليها باسم ABC Hoxb9 t / g) زيادة في حجم الغدة الكظرية ، والتي كانت مقصورة على ذكور الفئران (الشكل 3 أ ، ب). لم يظهر تلطيخ الهيماتوكسيلين والأيوزين أي فرق شكلي واضح بين Ctnnb1 والطفرات المزدوجة (الشكل 3 ج). كما هو متوقع ، تلطيخ الأجسام المضادة لـ cat-catenin وعلامة WNT التي تشير إلى المصب Lef1 في Ctnnb1 أظهرت الطفرات تعبيرًا عاليًا في غالبية الخلايا (الشكل 3 ج). لم يتغير نمط التلوين هذا في الأورام ذات الطفرات المزدوجة التي تظهر ارتفاعها Hoxb9 لم يكن لها تأثير كبير على هذا المسار (الشكل 3 ج). كان الانتشار ، كما تم قياسه بواسطة تلطيخ Ki67 ، أعلى في الفئران الذكور ذات الطفرات المزدوجة البالغة من العمر 6 أشهر ، مع عدم وجود تغييرات في موت الخلايا المبرمج ، كما تم قياسه بواسطة تلطيخ Caspase 3 (الشكل ثلاثي الأبعاد - ز). لم يلاحظ أي علامات مرض غازي في الحيوانات ذات الطفرات المزدوجة (الشكل 3 ج ، الأسهم). أظهرت أورام الغدة الكظرية من الفئران ذات الطفرات المزدوجة مستويات أعلى من Hoxb9 مرنا والبروتين من واحد Ctnnb1 المسوخ ، مما يؤكد التعبير عن الجينات المحورة (الشكل 3 ح ، ط). كما Sf-1: أظهر Hoxb9 زيادة في الغدة الكظرية سادس -1 في التعبير ، درسنا مستويات هذا الجين في الأورام. أظهر تحليل qRT-PCR ذلك سادس -1 كان النص أعلى في كل من أورام الغدة الكظرية ثنائية الطور للإناث والذكور بالنسبة إلى Ctnnb1 المسوخ ، ولكن لم يكن هناك اختلاف في مستويات التعبير البروتيني SF-1 بين الأنماط الجينية (الشكل التكميلي S3C ، D).

أ صور المجال الساطع للذكور ABC و ABC Hoxb9 t / g الغدد الكظرية. ب الوزن الرطب للإناث والذكور بعمر 6 أشهر ABC و ABC Hoxb9 طن / غرام من الغدد الكظرية. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من أربعة أورام. ج H & ampE و β − الكاتينين والكيمياء المناعية Lef1 على أقسام من أورام الغدة الكظرية ABC و ABC Hoxb9 t / g. يظهر الشكل الداخلي تكبيرًا عالي الطاقة. السهم يشير إلى الكبسولة. د الكيمياء النسيجية المناعية Ki67 على أقسام من أورام الغدة الكظرية ABC و ABC Hoxb9 t / g البالغة من العمر 6 أشهر. ه مخطط شريطي للنسبة المئوية للخلايا الإيجابية Ki67 في الغدة الكظرية ABC و ABC Hoxb9 t / g. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من ثلاثة تكرارات بيولوجية. F الكيمياء الهيستولوجية المناعية النشطة لـ Caspase 3 على أقسام من أورام الذكور ABC و ABC Hoxb9 t / g. الأسهم تشير إلى الخلايا الإيجابية. ز مخطط شريطي للنسبة المئوية للخلايا الإيجابية لـ Caspase 3 في الغدة الكظرية الذكرية ABC و ABC Hoxb9 t / g. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من ثلاثة مكررات بيولوجية. ح qRT-PCR لـ Hoxb9 على أورام ABC و ABC Hoxb9 t / g الكظرية. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من ثلاثة تكرارات بيولوجية. أنا تحليل اللطخة الغربية لـ Hoxb9 على أورام ABC و ABC Hoxb9 t / g الكظرية من إناث الحيوانات. يتم عرض الغدة الكظرية من حيوانين من كل نوع وراثي. يستخدم الفينكولين كعنصر تحكم في التحميل. يشير ABC Ctnnb1 أورام متحولة ، ABC Hoxb9 t / g يشير إلى أورام متحولة مزدوجة. تلاميذ ر اختبار، **ص & lt 0.01 ، *ص & لتر 0.05.

للتحقيق في المسارات التي تم تنشيطها في الطفرات المزدوجة ، أجرينا RNA-seq على RNA المشتق من أورام الغدة الكظرية من عمر 3 أشهر Ctnnb1 والفئران ذات الطفرات المزدوجة من الإناث والذكور. حدد التحليل المقارن الجينات المعبر عنها تفاضليًا في أورام الفئران ذات الطفرات المزدوجة مقارنةً بـ Ctnnb1 طفرات ، مع وجود عدد أكبر في الذكور (تم تغيير 533 جينًا ، تم تعديل Benjamini-Hochberg ص & lt 0.1) مقارنة بنفس المقارنة بين الإناث (تم تغيير 66 جينًا ، تم تعديل Benjamini-Hochberg ص & lt 0.1) (الشكل 4 أ والجداول التكميلية S2-S5). بالنسبة لكلا الجنسين ، تم تنظيم الجينات بشكل تفاضلي صعودًا وهبوطًا (للذكور 232 جينًا ، و 322 جينًا أسفل الإناث 47 أعلى ، و 19 جينًا أسفل) ، بما يتوافق مع الأدلة التي تشير إلى أن بروتينات HOX يمكن أن تعمل كمنشطات نسخية ومثبطات.

أ خريطة الحرارة لأفضل 50 جينًا معبرًا تفاضليًا تم تحديدها من بيانات RNA-seq لأورام الغدة الكظرية من الذكور ABC Hoxb9 t / g مقارنة بأورام الغدة الكظرية الذكرية ABC. ب مقارنة الجينات المعبر عنها تفاضليًا في أورام ABC Hoxb9 t / g الكظرية للذكور والإناث مقارنة بأورام الغدة الكظرية ABC. ج مقارنة الجينات المعبر عنها تفاضليًا في أورام الذكور ABC Hoxb9 t / g مقارنة في أورام الذكور ABC بالجينات المعبر عنها تفاضليًا في أورام الإناث ABC مقارنة بأورام الذكور ABC. د تحدد شبكة قاعدة بيانات STRING للجينات المعبر عنها تفاضليًا في أورام الذكور ABC Hoxb9 t / g مقارنة بأورام ABC الذكور إشارات الأنجيوتنسين. ه qRT-PCR لـ فوس, فوسب و جونب في أورام الذكور ABC و ABC Hoxb9 t / g. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من ثلاثة تكرارات بيولوجية. F IHC لـ Fosb في الذكور البالغ من العمر 3 أشهر ABC Hoxb9 t / g وأورام الغدة الكظرية ABC. ز GSEA لبيانات RNA-seq من ذكر ABC Hoxb9 t / g وأورام الغدة الكظرية ABC. يستهدف E2F درجة الإثراء الطبيعية (NES) = 1.57 ، FDR ف = 0.069 ، نقطة تفتيش G2M NES = 1.70 ، FDR ف = 0.043. ح qRT-PCR لـ Cdk1, Ccnb1, Ccnb2, Ccne1 و كنسترن في الإناث والذكور ABC و ABC Hoxb9 t / g أورام الغدة الكظرية. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من ثلاثة تكرارات بيولوجية. أنا يتم تنظيم جينات دورة الخلية في أورام ABC Hoxb9 t / g للذكور وأورام ABC الأنثوية (مقارنةً بذكور ABC). تلاميذ ر اختبار، **ص & lt 0.01 ، *ص & لتر 0.05. يشير ABC Ctnnb1 أورام متحولة ، ABC Hoxb9 t / g يشير إلى أورام متحولة مزدوجة.

تحليل مقارن للجينات المعبر عنها تفاضليًا بين الطفرات المزدوجة و Ctnnb1 أظهرت أورام الذكور والإناث المتحولة عددًا قليلاً جدًا من الجينات الشائعة التي تم تغييرها في كلا الجنسين (ثلاثة جينات منتظمة ، وستة جينات غير منظمة في كل من الإناث والذكور) (الشكل 4 ب). التحقق من نتيجة qRT-PCR الخاصة بنا ، سادس -1 في الطفرات المزدوجة من كلا الجنسين. ومن المثير للاهتمام ، أن العديد من الجينات التي كانت متمايزة بين طفرات الذكور المزدوجة و Ctnnb1 تم مشاركة المسوخ مع أولئك الذين كانوا مختلفين بين الذكور والإناث Ctnnb1 الحيوانات الطافرة (52 جينًا منتظمًا و 30 جينًا خاضعًا للتنظيم) (الشكل 4 ج). هذه البيانات تشير إلى ذلك Hoxb9 يعمل على تعزيز مسارات الأورام التي يتم قمعها في الغدة الكظرية الذكرية.

حدد تحليل مسار الجينات المعبر عنها تفاضليًا باستخدام قاعدة بيانات تفاعل البروتين والبروتين STRING إشارة أنجيوتنسين المخصب في أورام الذكور ثنائية الطور مقارنةً بـ Ctnnb1 الأورام الطافرة ، بما في ذلك Agtr1b ، Egr1 ، Nr4a1 وأعضاء عائلة Fos / Jun فوس ، فوسب وجانب (الشكل 4 د والجدول التكميلي S4). 34 من المثير للاهتمام ، Cyp11b2 التعبير ، هدف هذا المسار ، لم يتغير في هذه الأورام. تم استخدام qRT-PCR للتحقق من صحة هذه النتائج لعائلة Fos / Jun ، وأظهر تلطيخ الأجسام المضادة تعبيرًا واسعًا عن Fosb في الأورام ثنائية الطور (الشكل 4 هـ ، و). تحليل تخصيب مجموعة الجينات لبيانات RNA-seq من الذكور Ctnnb1 وكشفت الأورام ثنائية الطور وجود ثراء في جينات دورة الخلية في الأورام المرتفعة Hoxb9، بما يتوافق مع الزيادة في الانتشار في المسوخ المزدوج (الشكل 4 ز والجدول التكميلي S6). تم التحقق من صحة هذه البيانات باستخدام qRT-PCR لـ Cdk1, Ccnb1, Ccnb2, Ccne1 و كنسترن، والتي أظهرت زيادة في هذه الجينات في طفرات الذكور المزدوجة ولكن ليس في الإناث (الشكل 4 ح). تحققنا بعد ذلك مما إذا كانت المسارات التي حددناها قد تغيرت أيضًا في الإناث Ctnnb1 الأورام الطافرة ، مقارنة بالذكور من نفس النمط الجيني ، حيث تشترك هذه الأورام في عدد كبير من الجينات المتغيرة مع طفرات ذكور مزدوجة (الشكل 4 ج). وجدنا 15 جينًا تنظيميًا لدورة الخلية (أهداف E2F أو جينات هولمارك لنقطة تفتيش G2M) تم تنظيمها في الإناث Ctnnb1 الأورام مقارنة Ctnnb1 أورام الذكور ، بما في ذلك Ccne1 و Cdk1 (الشكل 4 ط). تشير هذه البيانات إلى مجموعة أساسية من جينات دورة الخلية المرتفعة في الأورام عالية Hoxb9 يتم التعبير عنها أيضًا عند مستويات عالية في الإناث Ctnnb1 الأورام مقارنة بالذكور.

عوامل HOX كأهداف محتملة للمخدرات في ACC

تشير بيانات الماوس المعدلة وراثيا لدينا إلى هذا الارتفاع Hoxb9 يمكن أن يعزز التعبير تكاثر الخلايا في سياق الورم. أردنا بعد ذلك تحديد ما إذا كان HOXB9 يمكن أن تعزز الانتشار في خلايا ACC البشرية. بما يتوافق مع دراساتنا على الفئران ، فإن الإفراط في التعبير عن HOXB9 في خط خلايا الورم القشري الكظري البشري H295R أدى إلى زيادة صغيرة ولكنها مهمة في عدد الخلايا (الشكل التكميلي S4A ، B ، C). لتحديد ما إذا كان HOXB9 يرتبط التعبير بالانتشار في العينات البشرية ، قمنا بتحليل تعبيره في مجموعتي بيانات ACC ، TCGA و Cochin ، مع علامات الانتشار MKI67, CCNE1 ووجود توقيع جيني للتكاثر (واصف وآخرون 32) (الشكل 5 أ). وجدنا علاقة كبيرة HOXB9 مع MKI67 وتوقيع الانتشار في مجموعة بيانات Cochin ACC ولكن ليس TCGA. للتحقق مما إذا كانت جينات HOX الأخرى متورطة في الانتشار في ACC البشري ، أجرينا هذه الارتباطات مع جميع أعضاء عائلة الجينات HOX. أظهر العديد من جينات HOX ارتباطًا كبيرًا مع جميع علامات الانتشار في مجموعتي البيانات ، بما في ذلك HOXC9 ، HOXC10 ، HOXC11 ، HOXC13 و HOXD13 (MKI67 ص & lt 0.002 ، توقيع الجين الانتشار ص & lt 0.001 ، CCND1 ص & lt 0.05) (الشكل 5 ب ، الشكل التكميلي S5 ، الجداول التكميلية S7 و S8). أظهر تحليل ارتباط التعبير الجيني HOX مع تعبير جميع أعضاء HOX الآخرين في مجموعة بيانات TCGA ACC HOXB9 يرتبط التعبير بشكل كبير بالتعبير عن جينات HOX هذه (HOXC9 ص = 0.377 ص = 0.000604, HOXC10 ص = 0.474 ص = 9.81 −06 ، HOXC11 ص = 0.427 ص = 8.60 −05 ، HOXC13 ص = 0.455 ص = 1.16 −06 و HOXD13 ص = 0.453 ص = 2.69 −05) (الجداول التكميلية S7 و S8 والشكل التكميلي S6).

أ ارتباط HOXB9 التعبير ب MKI67، توقيع الجين الانتشار ، و CCNE1 في عينات مرضى ACC من مجموعات TCGA و Cochin. ب ارتباط HOXC10 التعبير ب MKI67، توقيع الجين الانتشار ، و CCNE1 في عينات مرضى ACC من مجموعات TCGA و Cochin. ج HOX التعبير الجيني في عينات ACC من المرضى الذين يعانون من مرض C1A العدواني أو مرض من النوع C1B البطيء من مجموعة TCGA. التحليل الإحصائي لاختبار ويلكوكسون ***ص & lt 0.001. د HOX التعبير الجيني في الغدة الكظرية للإنسان الطبيعي (NAd) ، وعينات الورم الحميد لقشر الكظر (ACA) ، وعينات سرطان قشر الكظر (ACC) من مجموعة كوشين. التحليل الإحصائي هو اختبار ثنائي الاتجاه من ANOVA تركيا ، ***ص & lt 0.001 **ص & lt 0.01 ، *ص & لتر 0.05. ه منحنيات بقاء كابلان ماير لمرضى ACC من مجموعات TCGA و Cochin التي كانت مرتفعة أو منخفضة HOXC10 أو HOXD13 التعبير.

لتحديد ما إذا كانت هذه الجينات متورطة في تطور المرض ، أجرينا الارتباطات بين التعبير الجيني HOX و ACC C1A مقابل حالة C1B (الشكل 5 ج والشكل التكميلي S7) ، و ACC مقابل ACA و NAd (الشكل 5 د) ، ووجدنا ذلك ترتبط المستويات الأعلى من جينات HOX مع ACC والمرض العدواني. أظهر تحليل البقاء على قيد الحياة بشكل عام وخالي من الأمراض بين مرضى ACC الذين لديهم تعبير جيني HOX مرتفع ومنخفض وجود علاقة بين مستويات HOX العالية والتشخيص السيئ (الشكل 5 هـ ، الشكلان التكميليان S8 و S9). تجادل هذه البيانات بأن جينات HOX يمكن أن تكون محركات لمرض ACC العدواني.

للتحقق مما إذا كان نمو ورم الغدة الكظرية يعتمد على جينات HOX ، أجرينا دراسات ضربة قاضية لـ siRNA لجينات HOX المعبر عنها في خلايا H295R. 13 ضربة قاضية لـ HOXA11، لكن لا HOXA10 أو HOXA13، أدى إلى انخفاض نمو خلايا H295R ، مما يدعم دور جينات HOX في تعزيز تكاثر خلايا ورم الغدة الكظرية (الشكل 6 أ ، ب). تحليل HOXA11 نظائرها بعد HOXA11 أظهرت ضربة قاضية انخفاضًا متواضعًا في HOXC11 التعبير ، بينما HOXD11 لم يتم الكشف عن التعبير في خلايا H295R في السيطرة أو العينات المعالجة بـ siRNA (الشكل S4D). أظهر تحليل ارتباط التعبير الجيني HOX الخاص بنا ارتباطًا قويًا بجينات HOX داخل المجموعات ، بما في ذلك HOXA10 مع HOXA11 و HOXA13، والارتباطات الأضعف مع نظائرها (الجداول التكميلية S7 و S8 والشكل التكميلي S6). تحليل HOXA11 أظهر التعبير في مجموعة بيانات TCGA ACC أنه مرتبط بشكل كبير بـ كي 67 التعبير (ص = 0.0023, ص = 0.337) توقيع الجين الانتشار (ص = 0.00053, ص = 0.381) و CCNE1 (ص = 0.0010, ص = 0.363) التعبير في هذه الأورام.

أ qRT-PCR لـ HOXA10, HOXA11 أو HOXA13 في خلايا H295R المعالجة باستهداف siRNA غير مستهدف (NT) أو استهداف siRNA HOXA10, HOXA11 أو HOXA13. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من ثلاثة مكررات بيولوجية. ب منحنى نمو خلايا H295R تعامل مع NT siRNA أو استهداف siRNA HOXA10, HOXA11 أو HOXA13. ج qRT-PCR لـ PBX1 في خلايا H295R غير المعالجة ، الخلايا المعالجة بـ NT siRNA ، أو استهداف siRNA PBX1. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من ثلاثة مكررات بيولوجية. د منحنى نمو خلايا H295R غير المعالجة ، أو الخلايا المعالجة بـ NT siRNA ، أو siRNA التي تستهدف PBX1. ه جزء البقاء على قيد الحياة من PC3 ، H295R ، ABC (Ctnnb1 متحولة) خلايا الفأر الكظرية ، وخلايا ATC1 و ATC7 المعالجة بـ HTL001 أو CXR9. تم قياس صلاحية الخلية باستخدام Cell TitreGlo. F نشاط Caspase 3/7 لخلايا H295R المعالجة بـ 5 ميكرومتر HTL001 (IC50) أو DMSO أو 5 ميكرومتر CXR9 لمدة 24 ساعة. تمثل البيانات متوسط ​​± SD من ثلاثة تكرارات بيولوجية. اتجاه واحد أنوفا، **ص & lt 0.01 ، ***ص & lt 0.001.

كما أوضحنا أن العديد من جينات HOX ترتبط بعلامات الانتشار والمرض العدواني في ACC ، فقد اخترنا استهدافها PBX1، وهو عامل نسخ يتعاون مع بروتينات HOX لتنظيم التعبير الجيني المستهدف وقد تورط في تطور الغدة الكظرية ووظيفتها. 15 ضربة قاضية لـ siRNA لـ PBX1 في خلايا H295R أدى إلى انخفاض مستويات التعبير وإلى انخفاض ملحوظ في تكاثر الخلايا (الشكل 6 ج ، د). تحتوي خلايا H295R على أ CTNNB1- تنشيط الطفرة ، وأظهرت دراساتنا qRT-PCR ذلك PBX1 لم يكن لضربة قاضية أي تأثير على إشارات WNT ، كما تم قياسها من خلال مستويات التعبير عن أهداف المصب أكسين 2 و LEF1 (الشكل التكميلي S4E). من أجل مزيد من التحقيق فيما إذا كانت عوامل HOX يمكن أن تعمل كأهداف للأدوية في ACC ، استخدمنا ببتيدًا مضادًا مطورًا ، والذي يتداخل مع التفاعل بين بروتينات HOX و PBX (HTL001 30). أظهرت دراسات الاستجابة الدوائية التي أجريناها أن نمو خلايا H295R قد تم تثبيطه بشدة بواسطة HTL001 ولكن ليس بواسطة ببتيد تحكم (CXR9) (الشكل 6 هـ). IC50 من HTL001 في خلايا H295R أقل من خط خلية آخر مستجيب ، خط سرطان البروستاتا PC3 (5.54 ميكرومتر مقابل 30.11 ميكرومتر). للتحقق مما إذا كانت أورام الفأر الكظرية حساسة أيضًا ، قمنا بتحليل ثلاثة نماذج: خطان خلويان مشتقان من أورام الغدة الكظرية مدفوعين بمستضد SV40 T ، ATC1 (يحتوي على عنصر منشط Ctnnb1 35) و ATC7 والخلايا الأولية المشتقة من أنسجة الغدة الكظرية من Ctnnb1 الفئران متحولة الموصوفة أعلاه. عولجت هذه الخلايا بمضاد HOX – PBX peptide ووجدت أنها تستجيب ، مع كون خلايا ATC7 هي الأكثر حساسية (IC50 23.11 ميكرومتر) (الشكل 6 هـ). أكدت فحوصات موت الخلية على خلايا H295R زيادة في موت الخلايا المبرمج في الخلايا المعالجة بالمضاد (الشكل 6f).


شكر وتقدير

نعتذر لأولئك الذين لم نتمكن من الاستشهاد بمنشوراتهم الأخيرة بسبب ضيق المساحة. ن. كان مدعومًا بمنحة زمالة منظمة البيولوجيا الجزيئية الأوروبية طويلة الأمد وزمالة من منظمة برنامج Human Frontier Science Program. بحثت أبحاث C.G. حصل على الدعم من المنح المقدمة من مجلس البحوث الأوروبي (ERC-2008-AdG no. 232947) ، والمركز الوطني للبحوث العلمية ، والشبكة الأوروبية للتميز EpiGeneSys ، والوكالة الوطنية للبحوث ، وجمعية البحث عن السرطان .


عروض خاصه وترويجات للمنتج

من الغلاف الخلفي

جينات Hox: الطرق والبروتوكولات يستكشف التقنيات والمنهجيات التي نشأت أو تم تطبيقها بنجاح في دراسة جينات Hox وبروتينات Hox ، عند تقاطع علم الأجنة التجريبي ، وعلم الوراثة ، والكيمياء الحيوية ، وعلم وظائف الأعضاء ، وعلم الأحياء التطوري ، وعلوم الحياة الأخرى. يبدأ هذا المجلد المفصل بقسم عن الاكتشاف والتحليل الوظيفي لجينات Hox ، ثم يستمر فصاعدًا لمناقشة طريقة العمل والتطبيقات الطبية الحيوية لبروتينات Hox. مكتوب في نجاح كبير طرق في علم الأحياء الجزيئي سلسلة ، الفصول تتضمن مقدمات لموضوعاتها الخاصة ، وقوائم بالمواد والكواشف الضرورية ، وبروتوكولات معملية قابلة للتكرار خطوة بخطوة ، ونصائح حول استكشاف الأخطاء وإصلاحها وتجنب المزالق المعروفة.

خبير وعملي ، جينات Hox: الطرق والبروتوكولات بمثابة دليل مثالي للباحثين الذين يسعون جاهدين للمضي قدمًا في هذا المجال الديناميكي والمثير للدراسة.


شكر وتقدير

نعترف بموظفي محطة أبحاث جزيرة أورفيوس لمساعدتهم في العمل الميداني ومساهمة اتحاد مشروع الحاجز المرجاني العظيم (https://data.bioplatforms.com/organization/about/bpa-great-barrier-reef) في توليد البيانات المستخدمة في هذا المنشور. كما نشكر باتريك شيفر وليونيل هيبارد على التعليق على نسخة مبكرة من المخطوطة.

إقرارات صورية للشكل 1:

اللوحات b1 – b3 المعهد الأسترالي لعلوم البحار (2017). صحائف حقائق المرجان AIMS -غونياستريا أسبرا. تمت المشاهدة في 23 نوفمبر 2017 http://coral.aims.gov.au/factsheet.jsp؟speciesCode=0187.

لوحات c2-c3 المعهد الأسترالي للعلوم البحرية ، (2017). صحائف حقائق المرجان AIMS -الفطريات الفطرية. تمت المشاهدة في 23 نوفمبر 2017

اللوحات d1 – d3 المعهد الأسترالي لعلوم البحار (2017). صحائف حقائق المرجان AIMS-Galaxea fascicularis. تمت المشاهدة في 23 نوفمبر 2017 http://coral.aims.gov.au/factsheet.jsp؟speciesCode=0185.

لوحة e مجاملة أندرو بيرد.

اللوحة و "ديجيتيفيرا أكروبورا"بإذن من MDC Seamarc Maldives مرخص بموجب المشاع الإبداعي الدولي 4.0.

لوحة g "بوريتيس لوتيا”, Australian Institute of Marine Science, Photograph by Dr. Paul Muir (2014). Licenced under Creative Commons Attributions 3.0 Australia. Available at http://eatlas.org.au/media/1626.

Panel h “Aiptasia pallida” Courtesy Ricardo González-Muñoz, Nuno Simões, José Luis Tello-Musi, Estefanía Rodríguez under Creative Commons Attributions 3.0.

Panel i Courtesy Chiara Sinigaglia.

التمويل

The authors gratefully acknowledge the support for the Great Barrier Reef Project enabled by funding from Bioplatforms Australia through the Australian Government National Collaborative Research Infrastructure Strategy (NCRIS), Rio Tinto, a private family Foundation and the Great Barrier Reef Foundation. The work was also supported in part by of the Australian Research Council through Grant CE140100020 to DJM and to SF via the ARC Centre of Excellence for Coral Reef Studies at James Cook University.

توافر البيانات والمواد

The sequencing datasets (genome and transcriptome sequencing data) generated by the present study are publicly available at the European Nucleotide Archive (ENA). The accession numbers are PRJEB23333, PRJEB23312, and PRJEB23371 for Galaxea, Fungia، و Goniastrea respectively [116,117,118]. Genome assembly and annotation are publicly accessible through Reefgenomics data repository [119,120,121]. Functional annotations supporting the conclusions of this article are included within the article and its additional files. Protein sequences used for gene phylogeny construction are included in the additional files.

Additional whole genome data used for comparative analyses are available from the following resources. Acropora digitifera data were obtained from the NCBI ftp site [122] with the assembly accession GCF_000222465.1 and annotation release ID 100. The Acropora millepora genome was assembled and annotated by author SF. Genome-related data for this species have been deposited to NCBI under the accession number PRJNA473876 [123]. Porites lutea genome data are publicly available via the Reefgenomics data repository [124]. Nematostella vectensis genome data were downloaded from Ensembl genome metazoan release 29 [125]. Aiptasia genome v1.0 data were obtained from the Reefgenomics data repository [126].


مناقشة

In this study, we describe two novel echinoderm Hox genes with possible implications for Hox cluster evolution and the origin of the unusual body plan of Echinodermata. We named these genes Hox11/13d و ه to indicate their relationship to the Hox11/13 genes previously described from both echinoderms and hemichordates. Our results increase the typical complement of echinoderm Posterior Hox genes to six, closer in number to the seven Posterior genes of the “archetypal” chordate amphioxus [26]. Additional, divergent sequences such as AbdB-like في S. kowalevskii and an as yet unnamed, unique Posterior Hox-like sequence we found in O. spiculata (data not shown) raise the possibility of even more unexplored, lineage-specific diversity in this iconic gene family.

The problem of Posterior Hox gene phylogeny in deuterostomes has endured ever since Ferrier et al. [22] first articulated it. Although that study largely focused on the problem as it pertains to chordates, the relationships of Hox11/13b+ genes in ambulacrarians are equally difficult to resolve. Our work confirms that this problem cannot be easily solved with the addition of more taxa and sequences: despite including complete homeodomains and flanking regions of all types of 11/13 protein from all echinoderm classes and three hemichordates, our phylogenetic analyses still yield poorly resolved trees with conflicting topologies. Rather than illuminating its evolutionary history, the mosaic distribution of conserved sequence motifs outside the homeodomain (Additional files 3and 4 Fig. 6) indicates a high level of evolutionary flexibility in this clade.

Hox genes are best known for their conserved roles in patterning the bilaterian AP axis. In echinoderms, the ancestral AP axis is obscured by the pentameral symmetry of the adult body, but a spatially ordered “Hox vector” can still be discerned in the larval somatocoels of both echinoids [30, 35] and crinoids [7]. This vector incorporates Hox7-Hox11/13b in echinoids and Hox5-Hox9/10 in crinoids, although Hara et al. [7] were unable to clone Hox11/13b من عند M. rotundus. Separate from this linear expression pattern, some Hox genes are also expressed in radial patterns in the adult rudiment such radial expression has been reported for Hox3 في S. purpuratus [36] and Hox3, 5 و 11/13b في P. japonica [30].

The conspicuous absence of Anterior and some Central Hox genes from the somatocoelar Hox vector, together with the rearrangement of the sea urchin Hox cluster with Hox1–3 at the “posterior” end of the cluster [5], prompted Mooi and David [37] to hypothesise a link between cluster rearrangement and what they termed the axial, radially symmetrical region of a developing echinoderm adult. Building on Duboule’s [4] discussion of Hox cluster organisation and ordering as a possible evolutionary constraint, Mooi and David [37] and David and Mooi [38] suggested that the translocation of Anterior Hox genes in echinoderms permitted a delay in their expression and a dissociation from the AP axis, allowing their novel deployment as part of the developmental toolkit for radial adult structures. The above hypothesis predicted that the 5′ translocation of Anterior Hox genes would be ancestral to living echinoderms. However, the recent publication of Hox cluster data from sea stars [10] and sea cucumbers [12] suggests that it is, in fact, a peculiarity of echinoids and therefore not associated with the origin of pentameral symmetry [39].

All of the echinoderm Hox clusters described above fell into the “Disorganized (D)” category of Duboule’s [4] classification, meaning they were intact but relatively loosely organised, with losses, inversions and/or rearrangements within the cluster. Our findings reveal two novel genes that appear completely detached from the main Hox cluster even in the echinoderm species with the least disorganized cluster described to date [10]. بشرط Hox11/13d و ه both occur in every extant echinoderm class, the ancestral echinoderm Hox cluster may have been “Split (S)” sensu Duboule [4] instead of merely disorganized. Linkage data from crinoids, which form the sister group to all other living echinoderms, will be essential for testing this idea. A mostly intact Hox cluster which a subset of Posterior Hox genes have nonetheless escaped from is also seen in the annelid بلاتينيريس دوميريلي [40] how closely this loss of cluster integrity parallels the situation in echinoderms remains to be seen.

Hox11/13d is expressed in embryonic stages of several echinoderms, likely an unusual trait for a Hox gene in this clade [30, 36]. Interestingly, the limited spatial expression data that exist for Hox11/13d [30] hint that despite its departure from the cluster, this gene may exhibit spatially coordinated expression with Hox11/13b, appearing in a domain more vegetal than the latter. Spatial collinearity of Hox gene expression is known to be at least partially independent of clustering. Residual spatial collinearity may persist even after complete Hox cluster disintegration [41, 42]. Conversely, Hox genes in canonically ordered clusters may evolve expression domains that break collinearity, as seen with Hox6 و Hox14 in the “archetypal” chordate amphioxus [43]. Thus, the regulatory, developmental and evolutionary significance of Hox11/13d و ه being outside the Hox cluster is difficult to predict without more information on their expression and function.

Nothing is currently known about the expression and developmental roles (if any) of Hox11/13e. على عكس Hox11/13d, it is not present in any of the developmental transcriptomes we searched, suggesting that any developmental expression would happen at late stages that may be crucial for the development of the pentameral adult, or restricted domains that limit its detectability in transcriptome surveys. While Hox11/13d has a very similar homeodomain to Hox11/13b and c (Fig. 2) and shares several conserved motifs with the hemichordate members of the 11/13b+ group (Additional files 3 and 4), Hox11/13e has a highly distinctive homeodomain, so divergent that its original discoverers were not even certain it was a Hox gene [27]. In light of this, the high level of conservation seen in both its homeodomain and C-peptide across different echinoderm clades (Fig. 2) is intriguing, and so is the similarity of the C-peptide to Hox11/13d. As an echinoderm-specific Hox gene that is both highly unique and very conserved within echinoderms, Hox11/13e may prove especially interesting with regard to the evolution of the unusual body plan of this phylum.

Our discovery of two previously unrecognised (except for a brief mention of one of them in ref. [27]) Hox genes in the well-studied genome of the “model” echinoderm S. purpuratus highlights the continued need for in-depth studies focused on individual gene families in the age of big data. Such deep surveys may be particularly vital for Posterior Hox genes, whose higher levels of sequence divergence compared to most Anterior and Central Hox genes can make them difficult to catch in general homeodomain searches [22].

The improved taxon sampling resulting from the proliferation of “non-model” genome sequencing projects creates an unprecedented opportunity to chart the distribution of unusual members of key gene families such as Hox11/13e, an essential first step in understanding their role in body plan evolution. In combination with expression and functional studies, such surveys may shed new light on the origin of lineage-specific innovations.


معلومة اضافية

مساهمات المؤلفين

BT made the majority of the experiments, wrote the manuscript, performed statistical analysis. T. V designed experiments, performed the expression analysis of the Hox genes, wrote the manuscript. Á R performed vulval analysis in ceh-13 و synMuv الحيوانات الطافرة. EA performed the phylogenetic analysis of the nematode هوكس الجينات. FM designed experiments, wrote the manuscript. KTV supervised the work, designed experiments, performed cloning experiments, wrote the manuscript. كل الكتاب قراءة وافقت على المخطوط النهائي.


شاهد الفيديو: Fruit fly and its life-cycle under the microscope (سبتمبر 2022).