Анализ индукционных взаимодействий при регенерации планарии Dugesia tigrina тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.03, кандидат биологических наук Усман, Наталья Юрьевна

• Усман, Наталья Юрьевна
• кандидат биологических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Усман, Наталья Юрьевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Регенерация планарии: общие закономерности процесса. Планария, как объект исследования, среди других животных систем

1.2. Обобщение экспериментальных данных о регенерации у разных животных 15 Глава 2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

2.1. РЕЗУЛЬТАТЫ

2.1.1. Вступление

2.1.2. Модификация стандартного протокола whole-mount in situ гибридизации в связи с собенностями объекта

2.1.3. Пространственная организация транскрипции scarf у интактной планарии

2.1.4. Изменения в пространственной организации транскрипции scarf при регенерации

2.1.5. Местонахождение белка Scarf в тканях интактной планарии

2.2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 55 Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1. ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

3.1.1. Оборудование

3.1.2. Реактивы

3.1.3. Растворы

3.2. МЕТОДЫ

3.2.1. Whole-mount in situ гибридизация

3.2.2. Иммуногистохимическая идентификация бежа Scarf 69 ВЫВОДЫ 71 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 72 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ индукционных взаимодействий при регенерации планарии Dugesia tigrina»

ВВЕДЕНИЕ

Вопрос о том, как происходит реализация плана строения организма, представляет собой одну из наиболее значительных проблем современной биологии. Процесс формирования морфологического паттерна пристально изучают на разнообразных моделях. Среди них планария представляет собой особый случай. В отличие от многих других моделей изучения морфогенеза (нематод, рыб, млекопитающих, насекомых), в жизненном цикле этого червя нет стадии, которой ограничивались бы основные события формирования плана строения тела. В зависимости от условий среды обитания, она увеличивается или сокращается в объёме и длине, и всегда «готова восстановить себя» даже из небольшого фрагмента тела.

Можно сказать, что механизм организации плана строения тела у пла-нарии всегда находится в состоянии активности. Молекулярные принципы устройства этого механизма, однако, не раскрыты. Одним из путей к их пониманию является идентификация и сравнительный анализ дифференциальной экспрессии нуклеотидных последовательностей.

Данная работа представляет собой исследование экспрессии одного гена планарии Dugesia tigrina. Этот ген, scarf, исходно характеризовался дифференциальным распределением мРНК и локальным снижением её обилия в некоторых случаях регенерации. Цель данной работы - выявление регуля-торных механизмов, лежащих в основе паггернинга экспрессии scarf. Для достижения цели была поставлена задача проанализировать пространственную организацию экспрессии scarf у интактной планарии и её динамику при регенерации. Самостоятельной задачей являлась разработка методики такого анализа.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что смежные области тела планарии на клеточно-тканевом уровне связаны локальными взаимодействиями, которые координируют экспрессию гена scarf. Такие индукционные взаимодействия Moiyr играть организующую роль в морфогенезе. Можно предполагать, что у интактного животного они стабилизируют разметку тела, а при регенерации - принимают участие как в сохранении целостности организма, так и в образовании новых морфологических структур.

Заключение диссертации по теме «Молекулярная биология», Усман, Наталья Юрьевна

ВЫВОДЫ

1. Разработана модификация метода whole-mount in situ гибридизации, позволяющая использовать этот метод для изучения пространственной организации экспрессии генов у планарии,

2. С помощью модифицированного метода whole-mount in situ гибридизации проанализировано распределение мРНК гена scarf в интактной и регенерирующей планарии.

3. Показано наличие индукционных взаимодействий, обуславливающих пространственную организацию транскрипции гена scarf в интактной и регенерирующей планарии.

4. Для интактной планарии охарактеризована область локализации белкового продукта scarf. Она не совпадает с областью локализации мРНК этого гена. Полученные данные позволяют предполагать наличие у планарии направленной миграции дифференцированных клеток, стабилизирующей морфологический паттерн при интагшом и регенерирующем состояниях организма.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Усман, Наталья Юрьевна, 1999 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Гурская Н.Г'., Шагин Д.А., Лукьянов К.А., Вагнер Л.Л., Штутман М.С., Мусаткнна Е.А., Моинова Е.В., Татосян А.Г., Лукьянов С.А., Свердлов Е.Д. (1996). Клонирование с помощью вычитающей гибридизации кДНК гена из линии клеток сирийского хомячка с повышенным потенциалом метастазирования. Биоорган, химия 22: 425-431.

Жаботинский A.M. (1974). Концентрационные автоколебания. М: Наука.

Лахтин В.М. (1994). Молекулярная организация лектинов, Молекуляр. биология №2: 245-273.

Хадорн Э., Венер Р. (1989). Общая зоология. М.: Мир.

Ando Н., Sawada Y., Shimizu IT, Sugiyama Т. (1989). Pattern formation in hydra tissue without developmental gradients. Dev. Biol 133: 405-414.

Artavanis-Tsakonas S., Matsuno K., Fortini M.E. (1995). Notch signaling. Science 268:225-232.

Baguña J., Romero R. (1981). Quantitative analysis of cell types during growth, de-

growth and regeneration in the planarians Dugesia (S.) mediterránea and Dugesia (G.) tigrina. Hydrobiologia 84: 181-194.

Baguna J., Salo E., Romero R. (1989). Effects of activators and antagonists of neuropeptides substance P and substance K on ceil proliferation in planarians. Int. J. Dev. Biol. 33: 26.1-264.

Baguna J. (1998). Planarians. In Cellular and Molecular Basis of Regeneration: From Invertebrates to Humans. John Wiley & Sons Ltd., pp. 135-165.

Baker N.E., Mlodzik M., Rubin G.M. (1990). Spacing differentiation in the developing Drosophila eye: a fibrinogen-related lateral inhibitor encoded by scabrous. Science 250:1370-1377.

Bayaskas J. R., Castillo E., Munoz-Marmol A.M., Salo E. (1997). Planarian Hox genes: novel patterns of expression during regeneration. Development 124:141-148.

Borgens R.B. (1982). Mice regrow the tips of their foretoes. Science 217:747-750.

Brockes J. P. (1997). Amphibian limb regeneration: rebuilding a complex structure.

Science 276:81-87.

Brondsted H.V. (1969). Planarian regeneration. Oxford: Pergamon Press.

Bryant P.J. (1993). The polar coordinate model goes molecular. Science 259: 471472.

Bueno D., Baguna J., Romero R. (1997). Cell-, tissue-, and position-specific monoclonal antibodies against the planarian Dugesia (Girardia) tigrina, Histochem. Cell Biol 107: 139-149.

Campbell G., Tomlinson A. (1995). Initiation of the proximo-distal axis in insect legs. Development 121: 619-625.

Duprez D.Ivi, Kostakopoulou K., Francis-West P.H., Tickle C., Brickell P. (1996). Activation of Fgf-4 and HoxD gene expression by BMP-2 expressing cells in the developing chick limb. Development 122: 1821-1828.

Dyson S., Gurdon J.B. (1998). The interpretation of position in a morphogen gradient as revealed by occupancy of activin receptors. Cell 93: 557-568.

Garcia-Femandez J., Baguna J., Salo E. (1991). Planarian homeobox genes: Cloning, sequence analysis, and expression. Proc. Natl Acad. Sci. USA 88: 7338-7342.

Garcia-Femandez J., Baguna J., Salo E. (1993). Genomic organization and expression of the planarian homeobox genes Dth-l and Dth-2. Development 118: 241253.

Gellon G., McGiimis W. (1998). Shaping animal body plans in development and evolution by modulation of Hox expression patterns. BioEssays 20: 116-125.

Gierer A., Meinliardt H. (1972). A theory of biological pattern formation. Kyber-neiik 12: 30-39.

Goff D.J., Tabin C.J. (1997). Analysis of Hoxd-13 and Hoxd-1 /misexpression in chick limb buds reveals that Hox genes affect both bone condensation and growth. Development 124: 627-636.

Gray P. (1954). The Microtomist's Formulary and Guide. Constable & Co.

Hardy A., Richardson M.K., Francis-West P.N., Rodriguez C., Izpisua-Belmonte J.C., Duprez D., Wolpert L. (1995). Gene expression, polarising activity and skeletal patterning in reaggregated hind limb mesenchyme. Development 121: 43294337.

Harland R.M. (1991). In situ hybridization: An improved whole-mount method for Xenopus embryos. In "Methods in Cell Biology" (B.K.Kay and II.B.Peng, Eds.), Vol.36, pp.685-695. Academic press, San Diego.

Hassel M., Albert K., Hofheinz S. (1993). Pattern control in Hydra vulgaris is controlled by lithium-sensitive process. Dev. Biol. 156:362-371.

Hicklin J., Wolpert L. (1973). Positional information and pattern regulation in Hydra-. the effect of gamma-radiation. J. Emb. Exp. Morphol. 30:741-752.

Hobmayer E., Hatta M.; Fischer R., Fujisawa I"., Holstein T.W., Sugiyama T. (1996). Identification of a Hydra homologue of the beta-catenin/placoglobin/armadillo gene family. Gene 172:155-159.

Huber A.H., Nelson W.I., Weis W.I. (1997). Three-dimensional structure of the armadillo repeat of p-catenin. Cell

Johnson R.L., Tabin C.J. (1997). Molecular models for vertebrate limb development. Cell 90:979-990.

Krumlauf R. (1994). Iiox genes in vertebrate development. Cell 78: 191-201.

Kuhlman J., Nisvvander L. (1997). Limb deformity proteins: role in mesodermal induction of the apical ectodermal ridge. Development 124: 133-139.

Lawrence P. A. (1992). The Making of a Fly. Oxford: Blackwell Scientific Publications.

Maden M. (1993). The homeotic transformation of tails into limbs in Rana temporaria by retinoids. Dev. Biol. 159: 379-391.

Matz M., Usman N., Shagin D., Bogdanova E., Lukyanov S. (1997). Ordered differential display: A simple method for systematic comparison of gene expression profiles. Nucleic Acids Res. 25: 2541-2542.

Meinliardt II. (1986). Hierarchical induction of cell states: A model for segmentation in Drosophila. J. Cell Set. 4(Suppl.): 357-387.

Meinhardt H. (1993). A model for pattern formation of hypostome, tentacles, and foot in hydra: how to form structures close to each other, how to form them at a

distance. Dev. Biol. 157: 321-333.

Montgomery J.R., Coward S.J. (1974). On the minimal size of a planarian capable of regeneration. Trans.AmMicrosc.Soc. 93: 386-391.

Müller W.A. (1989). Diacylglycerol-induced multihead formation in Hydra. Development 105:309-316.

Müller W.A. (1995) Dev. Biol. 167: 159-174.

Müller W.A. (1996). Pattern formation in the immortal Hydra. Trends Genet. 12:91-96.

Muñoz-Marmol A.M., Bayascas J.R., Castillo E., Casali A., Salo E. (1997). Planarian homeobox gene Dtprd-l is expressed in specific gland cells and belongs to a new family within the paired-Yike class. Dev. Genes Evol. 2.07: 296-305.

Murray J.D. (1988). How the leopard gets its spots. Sci. Amer. 258: 80-87.

Nelson C.E., Morgan B.A., Burke A.C., Laufer E., DiMambro E., Muytaugh L.C., Gonzales E., Tessarollo L., Parada L.F., Tabin C. (1996). Analysis of IIox gene expression in the chick limb bud. Development 122: 1449-1466.

Niswander L., Jeffrey S., Martin G.R., Tickle C. (1994). A positive feedback loop coordinates growth and patterning in the vertebrate limb. Nature 371: 609-612.

Orii H., Agata K., Watanabe K. (1993). POU-domain genes in planaria Dugesia japónica: the structure and expression. Biochem. Biophys. Res. Commun. 192: 13951402.

Pecorino L.T., Entwistle A., Brockes J.P. (1996). Activation of a single retinoic acid receptor isoform mediates proximo-distal respecification. Curr. Biol. 6: 563-569.

Romero R., Bagufta J. (1991). Quantitative cellular analysis of growth and reproduction in freshwater planarians (Turbellaria, Tricladida). I. A cellular description of the intact organism. Invest. Reprod. Dev. 192: 157-165.

Rubin L., Saunders J.W.Jr. (1972). Ectodermal-mesodermal interactions in the growth of limb buds in the chick embryo: constancy and temporal limits of the ectodermal induction. Dev. Biol. 28:94-112.

Salo E., Bagufia J. (1985). Proximal and distal transformation during intercalary regeneration in the planarian Dugesia (S.) mediterránea. Wilhelm Rome Arch. Dev. Biol 194: 364-368.

Schaller II.C., Hofmann M., Javois T.C. (1990). Effect of head activator on proliferation, head-specific determination and differentiation of epithelial cells in hydra. Differentiation 43:157-164.

Shenk M.A., Gee L., Steele R.E., Bode H.R. (1993). Expression of Cnox-2, a Hom/Hox gene, is supressed during head formation in Hydra. Dev. Biol. 160:108118.

Smith J. (1996). How to tell a cell where it is. Nature 381: 367-368.

Tarabykin V.S., Lukyanov K.A., Potapov V.K., Lukyanov S.A. (1995). Detection of planarian Antennapedia-like homeobox genes expressed during regeneration. Gene 158: 197-202.

Tickle C. (1981). The number of polarizing region cells required to specify additional digits in the developing chick wing. Nature 289: 295-298.

Umesono Y., Watanabe K., Agata K. (1997). A planarian orthopedia homolog is specifically expressed in the branch region of both the mature and regenerating brain. Develop. Growth Differ. 39: 723-727.

Vogel A., Rodriguez C., Izpisua-Belmonte Jf.C. (1996). Involvement of Fgf-8 in initiation, outgrowth and patterning of the vertebrate limb. Development 122: 17371750.

Weinzinger R,, Salgado L.M., David C.N., Bosch C.G. (1994) Development 120: 2511-2517.

Wolpert L. (1996). One hundred years of positional information. Trends Genet. 12: 359-364.

Wolpert L., Beddington R., Brockes J., Jessel T., Lawrence P., Meyerowitz E. (1998). Principles of development. Oxford University Press.

Wolpert L., Hornbruch A., Clarke M.R.B. (1974). Positional information and position signaling in Hydra. Am. Zool. 14:647-663.

Yan L, Pollock G.H., Nagase M., Saras M.Jr. (1995). A 25.7 X 10 M hydra met-alloproteinase (HMP1), a member of astacin family, localizes to the extracellular matrix of Hydra vulgaris in a head-specific manner and has a developmental function. Development 121:1591-1602.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

БСА бычий сывороточный альбумин

МС мацерирующая смесь

ПЗ передне-задний

ПК почка конечности

ОТ-ПЦР обратная транскрипция-пошмеразная цепная реакция

СБ сгошно-брюшной

AER apical ectodermal ridge

D. tigrina Dugesia tigrina

D. japónica Dugesia japónica

mAb моноклональные антитела

PZ "progress zone"

SD "source density"

ZPA зона поляризующей активности