데카펜타플렉틱

데카펜타플렉틱
식별자
유기체	드로소필라 멜라노가스터
기호	Dpp
유니프로트	P07713
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데카펜타플렉틱(Dpp)은 초파리 드로필라 멜라노가스터의 개발에 관여하는 핵심 모포겐으로, 최초로 검증된 비밀형 모포겐이다.^[1]초기의 드로소필라 배아 및 15개의 상상 원반들의 정확한 패터닝과 발달을 위해 필요한 것으로 알려져 있는데, 이 원반은 성체 파리 안에서 팔다리가 되고 다른 기관과 구조물이 될 조직이다.dpp가 조직의 성장과 크기를 조절하는 역할을 한다는 제안도 나왔다.데카펜타플레게릭으로 돌연변이를 일으킨 파리는 이러한 구조를 제대로 형성하지 못하므로 이름(데카펜타-, 15, -plegic, 마비)이 된다.dpp는 척추동물 뼈 형태유전 단백질(BMPs)의 드로소필라 호몰로지로서 TGF-β 슈퍼 패밀리의 구성원으로, 그들 자신의 특정한 신호 경로와 종종 관련되는 단백질의 일종이다.드로소필라의 Dpp에 대한 연구는 인간과 같은 척추동물에서 그들의 호몰로고의 기능과 중요성을 더 잘 이해하게 했다.

드로소필라의 기능

dpp는 고전적인 모포겐으로, 발견되는 조직의 공간농도 구배 속에 존재하며, 구배로서의 존재는 그것이 발달에 어떻게 영향을 미치는가에 기능적 의미를 부여한다.Dpp가 발견되는 가장 연구된 조직은 초기 배아와 나중에 파리의 날개를 형성하는 상상 날개 디스크들이다.배아 발달 중 Dpp는 배아의 등측에서 균일하게 발현되어 급격한 농도 구배를 이룬다.^[2]상상 디스크에서 Dpp는 조직이 앞면과 뒷면 사이의 경계를 표시하는 디스크의 중간 아래쪽의 좁은 줄무늬로 강하게 표현된다.Dpp는 이 줄무늬에서 조직의 가장자리로 확산되어 형태생물의 예상대로 구배를 형성한다.그러나 배아에 있는 Dpp 영역의 세포는 증식하지 않지만, 상상 날개 원반의 세포는 크게 증식하여 조직 성장을 일으킨다.^[1]초기 배아에서 구배 형성이 잘 이해되지만, 어떻게 Dpp 모포겐 구배가 날개 상상 디스크에서 형성되는지는 여전히 논란거리로 남아 있다.

배아발달의 역할과 형성

초기 블라스토뎀 단계에서 Dpp 신호는 등측을 따라 균일하고 낮다.세포화 중에 배아의 등측 중간선에서 날카로운 신호 프로파일이 나타나며, 높은 수준의 Dpp가 외측 압리오세로를 지정하고 등측 외측을 지정하는 낮은 수준이 나타난다.^[3]Dpp 신호는 또한 미래 Dpp 바인딩을 촉진하는 긍정적인 피드백 메커니즘을 통합한다.^[4]배아의 형태소 경사도는 알려진 활성 수송 메커니즘을 통해 확립된다.^[5]그라데이션 형성은 BMP 억제제인 단식(Sog)과 비틀림식(Tsg)에 따라 달라지며, 톨로이드(Tld), 스크루(Scw)와 같은 세포외 단백질에 따라 달라진다.^[6][7][8]Sog는 배아의 복측 부위에서 생성되며(Dpp 구배와 수직으로) Dpp가 수용체에 결합하는 것을 막는 BMP 억제 구배를 형성한다.^[9]Sog와 Tsg는 Dpp로 콤플렉스를 형성하며, Sog 농도 구배를 따라 등측 중간선(배아의 중간) 쪽으로 활발하게 이송된다.메탈로프로테아제인 Tld는 Sog 프로세싱을 매개해 Dpp를 콤플렉스로부터 방출하고, 중간선에서 Dpp 시그널링을 활성화한다.^[10]배아의 기식 후 Dpp 구배는 심장과 내장 중간 형성을 유도한다.^[11]

신호 경로

Dpp는 척추동물 호몰로그램과 마찬가지로 신호 분자다.드로소필라에서 Dpp용 수용체는 두 가지 단백질인 두 가지(Tkv)와 펀트(Punt)^[12]Dpp 그 자체와 마찬가지로 Tkv와 Punt는 다른 종의 호몰로어와 매우 유사하다.세포가 Dpp 신호를 받으면 수용체들은 인산화에 의해 Dpp(mad)에 대항하여 어머니라고 불리는 세포내 단백질을 활성화시킬 수 있다.드로소필라에서 처음 미친 것이 발견된 것은 SMADs라고 불리는 척추동물의 TGF-β 신호에 대한 응답자를 식별한 나중의 실험의 길을 닦았다.^[13]활성화된 매드는 DNA에 결합할 수 있고 Dpp 신호에 반응하여 다른 유전자의 발현에 영향을 미치는 전사 인자 역할을 할 수 있다.Dpp 신호에 의해 활성화된 유전자는 광전자 블라인드(omb)와 스팔트(spalt)가 있으며, 이러한 유전자의 활성도는 실험에서 Dpp 신호의 지표로 자주 사용된다.Dpp와 더 복잡한 규제 상호작용을 가진 또 다른 유전자는 더 벼랑 끝이다.브링커는 Dpp의 활성화 목표를 억제하는 전사 인자가므로 이러한 유전자를 켜기 위해서는 다른 대상을 활성화할 뿐만 아니라 브링커를 억제해야 한다.^[14]

이미지 윙 디스크의 역할

플라이 날개에서는 조직의 후반과 전반부가 서로 다른 유전자를 표현하는 다른 종류의 세포로 채워진다.전방이 아닌 후방에 있는 세포는 전사 인자 Engrailed(En)를 나타낸다.엔이 활성화시킨 유전자 중 하나는 신호 요인인 고슴도치(hhh)이다.고슴도치 신호는 이웃 세포들에게 dpp를 표현하도록 지시하지만 dpp 표현도 엔에 의해 억제된다.그 결과 Dpp는 조직 후반부에 바로 인접한 좁은 세포 줄무늬에서만 생성된다.^[15]이 전방/후방 경계선에서 생성된 Dpp는 조직의 가장자리까지 확산되어 공간 집중 구배를 형성한다.

Dpp의 경사를 따라 그들의 위치를 읽음으로써, 날개 속의 세포들은 전방/후방 경계선에 상대적인 위치를 결정할 수 있고, 그에 따라 행동하고 발달한다.

실제로 조직을 패턴화하는 것은 Dpp의 확산과 경사가 아니라 Dpp 신호를 받는 세포가 이웃에게 무엇이 되어야 할지를 지시하고, 그 세포들은 차례로 조직을 통해 계단식으로 이웃에게 신호를 보내는 것일 수 있다.이 가설을 반증하고 실제로 패터닝을 담당하는 것이 실제 Dpp 분자의 구배라는 것을 규명하기 위해 여러 실험이 이루어졌다.

Dpp 수용체 Tkv의 돌연변이 형태는 Dpp가 없어도 높은 Dpp 신호를 받는 것처럼 행동한다.이 돌연변이 수용체를 포함하는 세포는 마치 Dpp를 생성하는 세포의 줄무늬 근처와 같이 높은 Dpp의 환경에 있는 것처럼 행동한다.날개 조직의 다른 부분에서 이러한 세포들의 작은 조각들을 생성함으로써, 조사자들은 Dpp가 조직을 패턴화하는 데 어떻게 작용하는지 구별할 수 있었다.만약 Dpp 신호를 받는 세포들이 그들의 이웃들에게 계단식으로 지시한다면, 높은 Dpp 신호를 받는 것처럼 보이지만 Dpp 자체를 생산하지 않는 돌연변이 세포의 현장에 추가 조직 패터닝 센터가 나타나야 한다.그러나 Dpp의 물리적 존재가 필요하다면 돌연변이 근처의 세포는 전혀 영향을 받지 않아야 한다.실험 결과 두 번째 사례가 사실로 밝혀져 Dpp가 모포겐처럼 작용한다는 것을 알 수 있었다.^[16]

플라이 날개의 조직 패터닝의 차이를 평가하는 일반적인 방법은 날개의 정맥 패턴을 보는 것이다.조직을 통해 확산되는 Dpp의 능력이 손상된 파리에서는 정상 파리에서는 정맥의 위치가 그것에서 이동하며, 일반적으로 날개는 더 작다.^[17]

dpp는 또한 개발의 고전적인 문제인 조직 성장과 크기의 조절기로 제안되었다.초기 크기부터 자라야 하는 다세포 장기를 가진 유기체에게 공통적인 문제는 적절한 크기에 도달한 후 성장을 멈출 때를 아는 방법이다.Dpp는 경사로에 존재하기 때문에 경사로의 경사가 조직이 얼마나 큰지 결정하는 측정이 될 수 있다.선원의 Dpp 양이 고정되어 있고 조직의 가장자리에 있는 양이 0이면 조직의 크기와 선원과 가장자리 사이의 거리가 증가함에 따라 경사의 가파도가 감소한다.날개 조직에서 인공적으로 가파른 Dpp의 경사가 유도되는 실험은 세포 증식의 양이 현저히 증가하여 경사도 가설을 뒷받침한다.^[18]

이미지 날개 디스크의 Dpp 그라데이션 형성

Dpp 그라데이션의 모양은 생물학적 매개변수의 영향을 받는 네 개의 리간드 운동 매개변수에 의해 결정된다.^[19][20]

1. 유효확산계수는 세포외 확산, 세포내 전달율, 수용체 결합/결합 해제 운동학에 의존한다.
2. 효과적인 세포외 및 세포내 열화율.
3. Dpp 생산 경로에 따라 달라지는 생산률.
4. 움직이지 않는 분수(Dpp 키네틱스, FRAP를 측정하는 데 사용되는 방법과 관련된 파라미터).

단일 생물학적 매개변수가 다중 운동 매개변수에 영향을 미칠 수 있다는 점에 유의해야 한다.예를 들어 수용체 수준은 확산계수와 분해율 모두에 영향을 미칠 것이다.^[21]

그러나 Dpp 구배가 형성되는 메커니즘은 여전히 논란의 여지가 있으며, 완전한 설명은 제안되거나 증명되지 않았다.구배 형성의 배후에 있는 4가지 주요 범주의 이론은 자유 확산, 제한적 확산, 시전증, 그리고 시토네미 보조 수송이다.

자유/제한 확산 모델

자유 확산 모델은 Dpp가 수용체 매개 분해 이벤트를 통해 분해되는 세포외 매트릭스를 통해 자유롭게 확산된다고 가정한다.FRAP 분석은 GFP-Dpp의 확산이 유사한 크기의 분자에 대해 예상되는 것과 일치하지 않는다는 점에 주목함으로써 이 모델에 대해 반대 주장을 해왔다.^[20]그러나 다른 이들은 느린 이모빌라이제이션 및/또는 Dpp의 느린 성능 저하와 같이 속도를 제한하는 느린 단계가 관찰된 확산 차이를 설명할 수 있다고 주장해왔다.^[22]Dpp의 단일 분자는 형광 상관 분광법(FCS)을 사용하여 추적하여 Dpp 분자의 65%가 빠르게 확산되며(자유 확산 모델과 일치), 35%는 천천히 확산(수용체 또는 글리피칸에 결합된 Dpp와 일치)하는 것으로 나타났다.

제한확산모델은 Tkv와 같은 수용체와의 결합이벤트를 통해 세포패킹 기하학적 효과와 세포외 매트릭스와의 상호작용, 그리고 황산 헤파린 프로테오글리칸스(Heparin sulfate proteoglycans)와 달라이 같은 수용체와의 결합이벤트를 통해 세포외 매트릭스와의 상호작용을 포함한다.^[23][24]

시전증 모델

경화증 모델은 Dpp가 세포 대 열화를 통한 재활용을 향한 Dpp의 내분포 분류에 의해 결정되는 경화강도와 함께 세포 내 수용체 매개 내분포증의 반복 회진을 통해 Dpp가 이동될 것으로 가정한다.이 모델은 초기에 Dpp가 세포내분증에 필요한 다이너닌이라는 임계 단백질이 시비어(시) 표현형으로 변이된 클론 전체에 걸쳐 축적될 수 없다는 초기 관찰에 기초했다.^[25]그러나 다른 실험에서는 Dpp가 시 클론 위에 축적되어 시토전증 모델에 도전할 수 있다는 것을 보여주었다.^[26]모델 뒤에 있는 이론의 개정은 Dpp 움직임에 필수적인 것이 아니라 Dpp 신호 전달에 관여한다는 것을 제안한다.Dpp는 세포외 기질에서 흔히 발견되는 두 개의 헤파린 황산염 프로테오글리칸(HSPG)을 돌연변이 및 달라이와 함께 세포 사이를 이동하지 못한다.그 결과, 이러한 결과는 Dpp가 달리와 달라이와 관련된 제한된 세포외 확산을 통해 세포 표면을 따라 움직인다는 것을 암시하지만, Dpp의 수송 자체는 시전증에 의존하지 않는다.^[27]

사이토네메 매개 운송 모델

사이토네미 매개 모델은 Dpp가 Dpp 응답 세포의 무정체 표면에서 Dpp 생산 소스 세포로 확장되는 cytonemes라고 불리는 액틴 기반 필로포디아(actin-based filopodia)를 통해 대상 세포로 직접 이송된다는 것을 시사한다.^[28]이러한 사이토넴은 관찰되었지만, 사이토넴에 대한 Dpp 그라데이션의 의존성은 상상 날개 디스크에서 확실히 증명되지 않았다.그러나 Dpp는 사이토네스를 확장하고 유지하기에 충분하고 필요한 것으로 알려져 있다.Dpp와 사이토네임 사이의 역학을 분석하는 실험은 Dpp 신호가 사이토네임과 기능적 연관성이 있는 것으로 밝혀진 에어사크 프리모디움에서 실시되었다.그러나 이러한 실험은 상상 날개 디스크에서는 복제되지 않았다.

연체동물에서의 역할

dpp는 연체동물에서도 발견되는데, 소꼬리 모양을 조절해 껍질 형성에 핵심적인 역할을 한다.쌍곡선에서는 원자가 필요한 형태를 취할 때까지 표현하고, 그 후 그 표현이 중단된다.^[29]또한 위스트프로포드에서의 껍질 형성과도 관련이 있으며,^[30] 코일링과 관련될 수 있는 비대칭 분포와 관련이 있다. Dpp가 표현되는 곳에서는 껍질 성장이 억제되는 것으로 보인다.^[31]

참조

외부 링크

• Drosopila decapentaplegic - 인터랙티브 플라이
• 데카펜타플렉틱+단백질++미국 국립 의학도서관의 드로소필라(MesSH) 표제목