Die Kraft der Einfachheit: Seeigel Embry als<em> In Vivo</em> Entwicklungsmodelle für komplexe Zell-zu-Zell-Signalnetzwerk Wechselwirkungen Studieren

Gene regulatorische Netzwerke (KNS) und Signaltransduktionswege schaffen die räumliche und zeitliche Expression von Genen während der embryonalen Entwicklung, die verwendet werden, um die erwachsenen tierischen Körper Plan zu bauen. Zell-Zell-Signalwege sind wesentliche Bestandteile dieser regulatorischen Netzwerke, die Bereitstellung der Mittel, durch die Zellen in Verbindung stehen. Diese zellulären Interaktionen etablieren und die Expression von regulatorischen und Differenzierung Gene in und zwischen den verschiedenen Gebieten während der Embryonalentwicklung ^{1, 2} zu verfeinern. Wechselwirkungen zwischen sezerniert extrazellulären Modulatoren (Liganden, Antagonisten), Rezeptoren und Co-Rezeptoren steuern die Aktivitäten von Signaltransduktionswegen. Eine Auswahl von intrazellulären Molekülen wandelt diese Eingänge in veränderter Genexpression, Abteilung führt, und / oder die Form einer Zelle. Während viele der Schlüsselmoleküle bei den extrazellulären und intrazellulären Spiegel in den Hauptwegen verwendet werden,bekannt ist, ist es eine unvollständige Kenntnis der Komplexität der einzelnen Signalwege zu einem großen Teil. Zusätzlich interagieren verschiedene Signalwege oft miteinander entweder positiv oder negativ auf den extrazellulären, intrazellulären und Transkriptionsebenen ^{3, 4, 5, 6.} Wichtig ist , dass die Kernkomponenten von Signaltransduktionswegen hoch in allen metazoan Spezies konserviert, und bemerkenswert, führen die meisten der wichtigsten Signalwege oft ähnliche Entwicklungsfunktionen in vielen Arten , wenn Organismen von eng verwandten Stämmen insbesondere ^{7, 8, 9} zu ^{vergleichen, 10, 11.}

Die Studie der während der Entwicklung Signalgebung ist eine schwierige Aufgabe in jedem Organismus, undmehrere bedeutende Herausforderungen zu studieren Signalwege in den meisten Deuterostomia Modelle (Vertebraten, Invertebraten Chordaten , Kiemenlochtiere und Echinoderme): 1) In Vertebraten gibt es eine große Anzahl von möglichen Liganden und Rezeptor / Co-Modulator – Wechselwirkungen, die intrazelluläre Transduktion Moleküle sowie mögliche Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Signalwegen aufgrund der Komplexität des Genoms ^{12, 13, 14;} 2) Die komplexe Morphologie und morphogenetische Bewegungen bei Wirbeltieren oft erschweren funktionelle Interaktionen in und unter Signaltransduktionswege zu interpretieren; 3) Die Analysen in den meisten Nicht-echinoderm invertebrate Deuterostomia Modellarten werden durch kurze Fenster von gravidity mit Ausnahme einiger tunicate Arten ^{15, 16} begrenzt.

DasSeeigel embryo hat einige der oben erwähnten Beschränkungen und bietet viele einzigartige Eigenschaften für eine detaillierte Analyse von Signaltransduktionswegen in vivo durchgeführt wird . Dazu gehören die folgenden: 1) Die relative Einfachheit des Genoms Seeigel reduziert signifikant die Anzahl der möglichen Ligand, Rezeptor / Co-Rezeptor und intrazellulären Transduktion Molekül – Wechselwirkungen ^17; 2) Die KNS die Spezifikation und die Strukturierung der Keimblätter und die wichtigsten embryonalen Achsen steuern gut in Seeigel – Embryonen etabliert, in dem Verständnis der regulatorischen Kontext der Zelle / Gebiet Beihilfe Empfangen der Signale ^{18, 19;} 3) Viele Signaltransduktionswege können zwischen frühen Spaltung und Gastrula Stadien untersucht werden , wenn Embryonen von einem einschichtigen Epithel , deren Morphologie bestehen ist einfacher zu analysieren; 4) Die Moleküle beinhaltend in Bahnen in den Seeigeln Signalisierung leicht manipuliert werden; 5) Viele Seeigel sind für 10 bis 11 Monate im Jahr (zB Strongylocentrotus purpuratus und Lytechinus variegatus trächtig).

Hier präsentieren wir eine Methode, um systematisch und effizient Komponenten der Signalwege zu charakterisieren, die angeben, und das Muster Gebiete in Seeigel-Embryonen, die Vorteile zu verdeutlichen, dass mehrere wirbellosen Modellsysteme in der Studie von komplexen molekularen Mechanismen bieten.