Geny regulujące rozwój linii

komórkowych u nicienia

C.elegans

Barbara Dobrowolska-Czopor

Śląski Uniwersytet Medyczny

2010



Poznajemy naszego bohatera –
nicienia Caenorhabditis elegans



niesegmentowany, dwustronnie symetryczny
pokryty kutikulą robak obły o długości ok.
1,2mm



zwierzątko wolnożyjące w glebie,
zasiedlające kompostowniki i inne zbiorniki
gnijących szczątków roślinnych



odżywia się mikroorganizmami np. E.coli



w czasie swojego trzytygodniowego życia
wydaje na świat kilkaset sztuk potomstwa



organizm modelowy w badaniach
biologicznych takich jak procesy rozwoju,
embriogenezy, morfogenezy oraz starzenia
się

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans



dwie formy płciowe: nieliczne samce
oraz przeważające samice
hermafrodytyczne (obojnacze) mogące
rozmnażać się przez samozapłodnienie



4-etapowe stadium larwalne (L1-L4;
pomiędzy nimi okresy linienia)

Geny regulujące rozwój linii
komórkowych u nicienia C.elegans

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans

Osobniki hermafrodytyczne

Samce



parzyste jajniki, jajowody,

spermateki oraz

pojedyncza macica



para chromosomów XX



forma dominująca (ok.

99,95%)



produkują spermę w

stadium larwalnym L4, a

jako organizmy dorosłe

składają jaja



samozapłodnienie form

hermafrodytycznych

umożliwia uzyskanie linii

homozygotycznych

cennych dla badań

genetycznych



Pojedyncza płatowata
gonada i ogon wyposażony
w organ kopulacyjny



jeden chromosom X0



0,05% populacji



mogą kopulować z
osobnikami
hermafrodytycznymi, które
to preferencyjnie
wykorzystują materiał
genetyczny samców do
zapłodnienia własnych
komórek jajowych, co
otwiera drogę do wymiany
materiału genetycznego

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans

Modelowy organizm do badania procesów rozwoju i
różnicowania

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans

Budowa i rozwój osobników Caenorhabditis elegans są

dokładnie genetycznie zaprogramowane, a w procesie
rozwoju, od pojedynczej komórki do dojrzałego zwierzęcia,
nie ma miejsca na przypadek. O takim typie rozwoju mówi
się, że jest predeterminowany. Dzięki całkowitej
przezroczystości ciała możliwe jest śledzenie podziałów i
migracji komórek w żywym osobniku za pomocą
mikroskopu. W trakcie rozwoju los każdej z 959 komórek
somatycznych (czyli tych, które nie są komórkami
rozrodczymi) jest z góry określony



rozwój trwa trzy dni i

po pierwszych podziałach zapłodnionej komórki jajowej po
wstaje 6 komórek, które dają początek sześciu głównym li
niom komórkowym

Wzór-plan budowy ciała tworzący się od

pierwszej pojedynczej komórki

Podstawowe współrzędne -oś przednio-tylna

(anterior –posterior)-oś grzbietowo
brzuszna-oś lewa-prawa

Specyfikacja regionalna–mechanizm

informujący komórkę w jakim miejscu
znajduje się w zarodku

Pierwsze etapy rozwoju determinowane są

przez białka i mRNA wyprodukowane na
podstawie genomu matczynego w oocytach

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans

Powstanie osi przód-tył zależy od podziałów

niesymetrycznych i oddziaływań międzykomórkowych

Pierwszy podział daje dużą komórkę „przednią” AB i małą P1

(przy kolejnych podziałach komórka P daje zawsze jedną
komórkę P i inną)

Podczas pierwszych trzech podziałów komórki P inicjują wiele

linii komórkowych, ale komórka P4 inicjuje wyłącznie linię
komórek rozrodczych

Komórka AB dzieli się na ABa (anterior) od której pochodzą

komórki nerwowe, epidermalne i mezodermalne otworu
gębowego oraz na ABp (posterior) z której rozwijają się
neurony, komórki epidermalne i specjalistyczne wnętrza
ciała

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans



losy komórek, będących potomstwem blastomerów
powstających w pierwszych minutach rozwoju
Caenorhabditis elegans:

◦

linie komórek, wywodzące się z blastomeru AB, budują
tkankę nerwową, hipodermalną oraz gardziel.

◦

komórki-córki blastomeru E tworzą jelito.

◦

linia MS daje początek komórkom mięśni i gardzieli

◦

linia C - komórkom mięśni i hipodermy,

◦

linia D - komórkom mięśni.

◦

blastomer P4 (siostra komórki D) jest prekursorem
komórek linii płciowej

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans



Linie komórkowe



cały genom zawiera około 3000 genów w 6 parach
chromosomów



wśród 800 genów zidentyfikowanych dzięki mutacjom,
znajdują się geny kontrolujące rozwój linii komórkowych



ich mutacje powodują zmiany determinacji losów komórek
w poszczególnych liniach – komórka różnicuje się w innym
kierunku niż normalnie lub też komórka potomna, która
powinna zróżnicować się definitywnie i zaprzestać dalszych
podziałów zachowuje się jak komórka wyjściowa

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans



Linie komórkowe



gen lin-14 odpowiada za utrzymanie komórek w stanie
typowym dla formy niedojrzałej, w normalnym rozwoju
następuje stopniowa redukcja poziomu białka kodowanego
przez gen lin-14 w miarę dojrzewania zwierzęcia



u mutantów o zwiększonej aktywności tego genu, po
kolejnych wylinkach następują stadia takie same jak
poprzednio, wskutek czego ciało okrywa wciąż niedojrzała
kutykula



mutanty z niefunkcjonalnym genem lin-14 dojrzewają
przedwcześnie, opuszczając wiele stadiów rozwojowych, co
powoduje, że osobnik dorosły ma mało komórek

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans

Geny kontrolujące

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans



kolejnym odkrytym genem był unc-52, który (na podstawie
amerykańskiego serwisu naukowego

www.wormbase.org

)

jest odpowiedzialny za:

◦

rozwój układu pokarmowego oraz nabłonka - u formy
larwalnej

◦

rozwój układu pokarmowego, nabłonka i układu
rozrodczego – u formy dorosłej

◦

rozwój hydroszkieletu (płyn zawarty w jamie ciała
otoczonej przez mięśnie)



gen unc-26 odpowiada za:

◦

rozwój układu nerwowego

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans

Geny kontrolujące



jednym z odkrytych genów był gen unc-22, koduje on
miofilamentowe białko komórek mięśniowych nicienia.
Obecność aktywnego genu nie jest konieczna dla przeżycia
osobnika. Jednak całkowite unieczynnienie genu (mutanty
Delta unc-22), a co za tym idzie, całkowity brak tego białka,
doprowadza do wystąpienia charakterystycznego fenotypu
określanego terminem - twitcher (fenotyp kurczenia ciała),
spowodowanego poważnymi uszkodzeniami aparatu
kurczliwego komórek mięśniowych i ograniczoną
ruchliwością zwierzęcia

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans

Geny kontrolujące



injekcja dwuniciowego RNA odpowiadającego fragmentowi
genu unc-22 do gonad zdrowego zwierzęcia wywoływała u
następnych pokoleń wystąpienie silnego fenotypu twitcher



wprowadzony do komórki dwuniciowy RNA o sekwencji
odpowiadającej fragmentowi endogennego genu wycisza
ekspresję tego genu



wyciszenie polega na degradacji mRNA i powstaniu mutacji

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans

Geny kontrolujące

rys. 1. Iniekcja dwuniciowego RNA odpowiadającego
fragmentowi genu
unc22 do gonad zdrowego zwierzęcia wywoływała u
następnych
pokoleń wystąpienie silnego fenotypu twitcher

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans



gen unc-105 odpowiada za prawidłowy rozwój mięsni
nicienia i ich kurczliwość



należy powiedzieć, że w wielu przypadkach geny
współdziałają wraz z innymi genami (na przykład gen unc-
105 wchodzi w interakcję z 7 innymi genami)

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans

Geny kontrolujące

1.

Genetyka molekularna, praca zbiorowa pod redakcją Piotra
Węgleńskiego, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000

2.

Postępy biologii komórki (Nr 1 rok 2007): „ Nagroda Nobla 2006
za fundamentalne odkrycia w regulacji ekspresji genów u
eukariontów”, Zofia Szweykowska-Kulińska, Bogna Szarzyńska

3.

„Wielki genom małego robaka” - Wiedza i życie nr 8/1999,
Magdalena Fikus, Wadim Kapulkin

4.

Biologia rozwoju zwierząt – wykłady, praca zbiorowa, Wydział
Biologii Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa 2007

5.

www.wormbase.org – the biology and genome of C.elegans
(zasoby na temat nicienia C. elegans między innymi:
Harvard University w Bostonie)

Geny regulujące rozwój linii komórkowych u
nicienia C.elegans

Bibliografia

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 