遺伝子発現の調節は、細胞分裂と細胞特殊化の細胞メカニズムを制御することにより、形態形成において重要な役割を果たします。さらに、細胞移動などの細胞挙動、細胞接着などの細胞特性、およびアポトーシスも遺伝子発現の調節によって制御され、形態形成を促進します。
形態形成は、生物がその形状を発達させる生物学的プロセスです。それは、細胞分裂、細胞の特殊化、アポトーシス、細胞移動、細胞接着などのさまざまな細胞および発生プロセスによって駆動されます。このプロセスは生物の特別な分布を制御するため、形態形成は主に胚発生中に発生します。形態形成に関与する分子はモルフォゲンです .それらは、いくつかの細胞内シグナル伝達経路を誘導する分泌された成長因子です。 モルフォゲンの濃度勾配が細胞の運命を決定します。細胞の運命は、モルフォゲンと細胞 DNA とのさまざまなレベルでの相互作用によって決定されます。 その特定の生物の遺伝的青写真またはゲノムと環境は、特定の実体の形態形成の決定に関与する 2 つの要因です。
対象となる主な分野
1.形態形成とは
– 定義、役割、モルフォゲン
2.形態形成は遺伝子発現によってどのように影響を受けるか
– モルフォゲンによる遺伝子発現の調節
重要な用語:濃度勾配、形態形成、モルフォゲン、遺伝子発現の調節、シグナル伝達経路
形態形成とは
形態形成は、生物、器官、または組織がその形状を発達させる胚発生のプロセスです。それは、細胞分裂、細胞の特殊化、細胞移動、細胞接着、アポトーシスなどのさまざまな細胞プロセスを通じて発生します。成体期の細胞の組織化にも関与しています。また、単細胞生物でも発生します。植物の形態形成は、主に分化成長を通じて発生します。一般に、植物には永久的な形態形成組織が含まれており、その形態形成能力は環境に依存します。形態形成は、モルフォゲンとして知られるシグナル伝達分子を送ることによって誘導されます 一般的な細胞に隣接する特殊な細胞によって生成されます。
遺伝子発現による形態形成への影響
モルフォゲンは、形態形成を担う分子です。それらは水溶性の成長因子です シグナル伝達経路を誘導することで効果をもたらします。一部のシグナル伝達経路は、平面細胞極性 (PCP、ノッチ シグナル伝達、無翅 (WNT)、ソニック ヘッジホッグ (SHH)、骨形成タンパク質 (BMP)、レチノイン酸 (RA)、および線維芽細胞増殖因子 (FGF) 経路) です。モルフォゲンは細胞の運命を決定します. これらのシグナル伝達経路は最終的に遺伝子発現を変化させる転写因子を活性化します. 細胞シグナル伝達カスケードによる遺伝子発現の調節は図1に示されています. .
図 1:細胞シグナル伝達カスケードによる遺伝子発現調節
一例として、FGF 経路は ERK などのシグナル伝達分子を刺激し、ERK は転写レベルと翻訳後レベルの両方で遺伝子発現を調節します。 FGF 経路は、細胞内受容体チロシンキナーゼ シグナル伝達経路の一種であり、成長因子、ホルモン、およびサイトカインに結合すると活性化します。 FGF 経路を介した遺伝子発現の調節は、図 2 に示されています。
図 2:FGF 経路
したがって、遺伝子調節ネットワークが遺伝子発現を支配し、互いに相互作用するさまざまな種類の分子調節因子を通じて、細胞内の mRNA およびタンパク質のレベルを調節します。遺伝子発現の調節は、細胞分裂と分化の細胞メカニズムを制御することにより、形態形成において重要な役割を果たします。さらに、細胞移動などの細胞挙動、細胞接着などの細胞特性、およびアポトーシスも、形態形成を促進する遺伝子発現の調節によって制御されます。したがって、モルフォゲンの濃度が高いと高レベルの遺伝子発現調節が起こり、モルフォゲンの濃度が低いと遺伝子発現のレベルが低くなります。
結論
形態形成は、動物や植物の形状が決定される生物学的プロセスです。モルフォゲンは、形態形成中の遺伝子発現の調節を通じて一般的な細胞の形態形成を促進するために、隣接する細胞によって産生される細胞外シグナル伝達分子です。
参照:
1.バッソン、アルバート。 「細胞分化と形態形成におけるシグナル伝達」。 生物学におけるコールド スプリング ハーバーの展望 、ここから入手できます。
画像提供:
1. Commons Wikimedia 経由の「Gene Regulatory Network」（パブリック ドメイン）
2. Tylermiyawaki 著「FGF Pathway tm」– Commons Wikimedia 経由の自作（CC BY-SA 4.0）
