BIOLOGIA DEZVOLTARII

BIOLOGIA DEZVOLTARII

Ce este echivalenta genomica, unde a fost demonstrata experimental si cu ce tipuri de nuclei?

Echivalenta genomica se refera la faptul ca toate celulele dintr-un organism , provenite din zigot au o informatie genetica echivalenta cu a zigotului ( genomul este identic in toate celulele somatice ale organismului. In 1974, J.B.Gurdon si colaboratorii au incercat demonstrarea acestui concept, prin transplantarea de nuclei somatici (din intestin, tegument) in ovocite enucleate de Xenopus laevis.

Confirmarea ecivalentei genomice s-a produs, abia in 1997, cand I.Wilmut si colaboratorii au clonat primul mamifer, oaia Dolly. Pentru aceasta s-au folosit nuclei somatici, din glandele mamare de la o oaie alba (Finn Dorset), care au fost introdusi in ovocite enucleate provenite de la oi cu fata neagra.S-a obtinut oaia Dolly , de tip alb , identica cu oaia de la care au provenit nucleii somatici.

In 1998 conceptul de echivalenta genomica a fost reconfirmat prin introducerea de nuclei somatici(din neuroni, celule Sertoli, cumulus oophorus) in ovocite enucleate de soareci . S-au obtinut soareci clonati numai cu nuclei din cumulus oophorus.

Tot in 1998 s-a anuntat si clonarea de embrioni umani. Au fost transferati nuclei din cumulus oophorus in ovocite enucleate , dar datorita considerentelor etice embrionul a fost distrus.

Exista si exceptii de la echivalenta genomica numite diminuari cromozomiale, cum este cazul la Ascaris si Parascaris, la care are loc o pierdere a cantitatii de ADN.

Enumerati anomalii asociate clonarii.

embrionii ce supravietuiesc pana la nastere, prezinta placenta marita si obezitate , indiferent de nucleul donor.

embrionii clonati nu activeaza genele embrionare cheie in stadiul de blastocist.; prezinta o metilare ADN aberanta si activeaza prematur genele caracteristice nucleului donor.

In general animalele clonate traiesc jumatate din viata animalelor normale si majoritatea embrionilor clonati mor pana la implantare.

Ce intelegeti prin reprogramare nucleara?

Reprogramarea nucleara se refera la fapul ca in momentul transferarii unui nucleu somatic intr-un ovocit enucleat, nucleul somatic se va comporta ca un nucleu ovocitar, el isi pierde modelul exprimarii genice initiale, fiind controlat de mediul citoplasmatic in care a fost transferat.

Care este diferenta dintre o celula specificata si una determinata?

O celula considerata a fi specificata se poate diferentia autonom intr-un mediu neutru (exemplu . mediul de cultura), in timp ce o celula considerata determinata se poate diferentia autonom atunci cand este plasata in alta regiune embrionara.

Cum se mentine starea determinata pe parcursul diviziunilor celulare?

Starea determinata a unei celule este conditionata de existenta unor proteine ce exprima anumite gene, cum ar fi factorii transcriptionali.In timpul diviziunii celulare, implicata in transmiterea starii determinate de la o celula la alta este memoria celulara Astfel, exista o memorie citoplasmatica , numita si feedback pozitiv si in acest caz in prima celula determinata are loc activarea unei gene , care codifica un factor de transcriptie. Acest factor de transcriptie se poate lega de regiunea promotor a propriei gene (realizand un autoreglaj la nivel transcriptional), dar se poate lega de si de regiunea promotor ale altor gene pe care fie le blocheaza , fie le activeaza.Acest ansamblu de autoactivaro, activari si represii confera un model de exprimare genica al celulei respective.Dupa diviziune ambele celule fiice contin in citoplasma suficient din factorul de transcriptie, care translocat in nucleu reia modelul exprimarii genice, caracteristic celulelor parentale.

De asemenea exista si o memorie nucleara implicata in mentinerea unui anumit model de gene active si inactive , depinzand de modificarile intrinseci ale genomului(exemplu inactivarea unui cromozom X , metilarea ADN).

Ce este transdiferentierea? Exemple. Prin ce se deosebeste de dediferentiere?

Transdiferentierea presupune transformarea unui tip celular intr-un alt tip celular inrudit.Un exemplu poate fi regenerarea cristalinului la Triton , care se realizeaza prin recrutarea celulelor din regiunea dorsala a epiteliului pigmentat al irisului.De asemenea transdiferentierea poate avea loc spontan in timpul diferentierii embrinare la Drosophilla datorita mutatiilor homeotice prin care o structura se transforma in alta structura.

Transdiferentierea poate fi indusa si in cultura .Astfel, celulele pigmentare retiniene in cultura prezinta in citoplasma pigment , iar la polul apica microvili.Daca in mediul de cultura se adauga hialuronidaza, ser fetal si feniltiouree celulele se aplatizeaza , incep sa se stratifice, pierd pigmentul si microvili.Daca in continuare se adauga acid ascorbic celulele se transdiferentiaza in celule cristaliniene care secreta proteina cristalina.

Care este diferenta dintre motivele zinc-finger ale factorilor transcriptionali din clasele: C2H2, receptori nucleari, GATA si LIM?

In motivele zinc finger ale clasei C2H2 , Zn joaca un rol structural pentru ca stabilizeaza aceste domenii scurte, prin interactiuni ionice in care sunt implicate 2 resturi de cisteina dintr-o structura β-sheet si 2 resturi histidina dintr-un l helix.In acest caz motivele zinc finger sunt implicate in legarea ADN, legarea ARN, legarea hibrizilor ADN-ARN.

Rceptorii nucleari prezinta o structura formata din 2 regiuni. Regiunea de legare la ADN este formata din 2 motive zinc finger , in care Zn este asociat in fiecare motiv cu 4 resturi de cisteina.Aceste 2 motive vin in contact cu perechile de baze din fosa majora a ADN.

In cazul clasei GATA exista un domeniu de legare la ADN care contine unul sau 2 domenii(la vertebrate ) conservate de tip zinc finger separate prin 29 de aminoacizi, C-finger si N finger.

Proteinele din clasa LIM contin un domeniu LIM format din 2 motive Zn finger unite prin 2 aminoacizi. Zn e asociat cu 3 resturi cisteina si un rest histidina in primul motiv si 3 resturi de cisteina si unul de asparagina in al 2 lea motiv.

Enumerati factorii transcriptionali ce contin motive: zinc-finger, leucin-zipper, HLH si HTH.

In categoria factorilor transcriptionali ce contin motive zinc-finger se afla si TFIIIA (transcription factor RNA pol III A), TF Kruppel, Hunchback, Snail, Odd-skipped, EGR/KROX-20, OVO,WT-1,TRA-1, Tramtrack 69k.

Dintre factorii transcriptionali leucin zipper fac parte C-Jun, NRL, Kreisler, CREB, CREM, BBF-2, Sibo, Giant.

Factorii transcriptionali HLH sunt reprezentati de FT UBICVISTI (E12,E47, Daughtherless), FT MIOGENI(MyoD,Myf5,MRF-4,miogenina,CeMyoD),FT NEUROGENI (neurogenina,neuroD1,neuroD2,neuroD3,NSCL-1,NSCL-2,MASH-1,MASH-2.HES-1,HES-2,HES-3,HES-5), FT HEMATOPOIETICI (SCL),Twist,Hairy.

Definiti termenul de potentare genica.

Potentarea genetica se refera la capacitatea de competenta conferita de factorii transcriptionali GATA si HNF3 unei foite embrionare pluripotente, inainte ca aceasta sa exprime genele specifice.

Indicati factorii transcriptionali care se lega sub forma dimerica si monomerica de ADN?

Proteina de tip zinc finger , WT1 se poate lega la secventele bogate in GC si TC si poate dimeriza.De asemenea receptorii nuclearii , de tipul receptorilor orphan se pot lega la ADN sub forma dimerica ( RXR/RXR) sau monomerica.

Proteinele leucin zipper pot forma hetero sau homodimeri cu specificitati de legare la ADN diferite.(exemple : dimerii AP-1 , membrii ai familiei C/EBP).Tot in forma dimerica se pot lega si factorii transcriptionali helix-loop-helix, care formeaza si ei homo si heterodimeri , recunoscand o secventa hexamerica -CANNTG- numita E-box.(exemple:ADD1/SREBP1, E12, Id, proteinele HLH-PAS).

Proteinele HTH (helix-turn-helix) cu homeodomenii se leaga la ADN sub forma mononomerica. Domeniul Ets din proteinele ETS interactioneaza specific si in forma monomerica cu secvente bogate in baze purinice.

Alti factori transcriptionali care se leaga sub forma dimerica la ADN sunt proteinele din clasa REL ( P50,p52,p65,RelB,c-Rel,Dorsal,Dif),proteinele din clasa MADS-BOX ( MEF-2,SRF) si proteinele din clasa T-box.

Indicati factorii transcriptionali care depind de cofactori transcriptionali.

Clasa receptorilor nucleari cuprinde proteine care necesita cofactori transcriptionali (exemple: receptori pentru hormoni steroizi - liganzi: glucocorticoizi, mineralocorticoizi,progesteron, androgeno,estrogeni ; heterodimeri RXR-RAR -liganzi : hormon tiroidian, acizi retinoici trans,eicosanoizi,ecdizon,vitamina D3; receptori orhan dimerici - liganzi acid retinoic 9-cis, COUP.HNF-4 ; receptori orphan monomerici - ligand Ftz-F1/SF-1).

Ce factori transcriptionali contacteaza adancitura majora din ADN? Dar pe cea minora?

TFIIIA precum si dimerii din clasa leucin-zipper se leaga la fosta majora a ADN, De asemenea proteinele din clasa HTH . In timp ce capatul N terminal al homodomeniilor (Antennapedia), proteinele SRY din clasa HMG si Rel din clasa REL contacteaza fosa minora.

Proteinele din clasa forkhead si regiunea D a receptorilor nucleari stabilesc contacte cu secvente specifice atat din la nivelul fosei majore , cat si fosei minore ADN.

Daca in celule exista urmatoarele proteine: Id, MyoD, Myf5, Rb, AP1, ce fac ele, prolifereaza sau se diferentiaza? Explicati de ce.

Proteina Id reprezinta un inhibitor dominant negativ, care nu contine regiunea bazica si poate heterodimeriza cu proteinele miogene MyoD si Myf-5 blocand capacitatea acestora de a se lega de ADN si de a activa transcriptia genelor tinta. Aceasta se intampla atunci cand in mediu exista factori de crestere de tipul FGF care determina sintetiza proteinei Id si activarea unei protein kinaze C , care fosforileaza proteinele miogene la nivelul situsului lor de legare la ADN. De asemenea factorii de crestere activeaza proteine implicate in diviziunea celulara : de tipul Rb (care este fosforilata in forma activa) si AP1, iar mioblastele se vor divide si nu se vor diferentia. diferentia.

In absenta factorilor de crestere proteina Id nu mai este sintetizata , iar transcriptia genelor MyoD si Myf-5 este foarte intensa. O parte din aceste proteine MyoD si Myf-5 se leaga la Rb la nivelul situsului de fosforilare si ea nu mai poate fi fosforilata , astfel, asociandu-se cu subunitatea c-Jun a AP-1 (heterodimeri leucin-zipper - HLH nefunctionali). Pe de alta parte proteinele miogene vor heterodimeriza cu proteinele E12 si E47 inducand diferentierea celulara

Ce factori transcriptionali sunt activati dupa fosforilare?

Retinoblastoma, TF NFkB sunt proteine activate dupa fosforilare.

Indicati un tip de factor transcriptional sechestrat in citoplasma in forma inactiva si precizati mecanismul de activare.

In stare fosforilata proteina IkB e recunoscuta si sechestrata in citoplasma de catre proteine de semnalizare celulara.

Indicati categorii de factori transcriptionali care coopereaza in procesul transcriptional. Exemple de interactii.

Proteine din clasa MADS-Box interactioneaza cu proteine din clasa bHLH pentru a activa sinergic transcrierea este cazul MEF2 si heterodimerii MyoD/E12 , care se leaga la situsuri adiacente.De asemenea s-a demonstrat ca domeniul MADS-box al MEF2 interactioneaza cu domeniul de legare la ADN al receptorului pentru hormonul tiroidian si acesti 2 factori activeaza sinergic gena lantului greu a alfa-miozinei cardiace.

Indicati mecanisme de remodelare a cromatinei. Ce mecanisme asigura activarea transcriptionala si care blocarea transcriptionala?

Proteinele din grupul Polycomb sunt implicate in blocarea transcriptionala a genelor homeotice.Mutatiile genelor Polycomb determina transcrierea genelor homeotice in regiuni care nu exprima in mod normal aceste gene.Datorita faptului ca proteinele Polycomb sunt incapabile de a se lega la ADN se presupune k represia initiala a genelor este realizata de factori transcriptionali care au capacitatea de a recunoaste acidul nucleic , in timp ce proteinele Polycomb se asambleaza (in special cu histone sau se autoasociaza)la situsul represiei initiale si formeaza un complex multiproteic implicat in modificarea cromatinei si inactivarea genelor.

GAGA este un factor de transcriptie capabil sa activeze transcriptia, prin legarea specifica la secvente bogate in guanina si adenina , din regiunile reglatorii ale multor gene. Acest factor este asociat cu foarte multe situsuri , localizate in eucromatina cromozomilor politeni.Factorul GAGA este codificat de o gena Trithorax-like si contine un domeniu hidrofob, POZ, la capatul N terminal implicat in interactiile proteina-proteina - domeniu ce ar putea media oligomerizarea si indoirea ADN promotor de catre complexul GAGA.Acest factor transcriptional este practic capabil sa creeze situsuri accesibile in cromatina si poate ramane asociat la acestea pe tot parcursul ciclului celular.

Ce intelegeti prin intiparire genomica? Cand are loc? Prin ce mecanisme se realizeaza?

Intiparirea genomica descrie procesul de blocare a genelor autozomale, in functie de originea lor genetica (permite exprimarea unor gene numai din genomul matern sau patern) si are loc in cursul diferentierii celulelor germinale.

Intiparirea genomica se refera la faptul ca genele au o memorie a originii lor spermatice sau ovocitare si se realizeaza prin mecanisme de metilare ADN.S-au propus 2 modele de mecanisme de metilare : metilarea prin modificarea directa a alelei parentale, prin care se induce o stare heterocromatinica , care blocheaza accesul factorilor transcriptionali activatori sau metilarea unei gene vecine(gena "imprintor"), care are rolul de a controla exprimarea genei tinta ( gena intiparita se exprima datorita faptului ca gena imprintor de pe alela parentala este modificata prin metilare si represata).

Care sunt mecanismele de compensare a dozajului?

Au fost descrise 3 mecanisme de compensare a dozajului :

absenta compensatiei, ce caracterizeaza acele gene care se exprima la un singur sex si e prezenta la organismele la care cromozomii sexului poarta o fractie mica de gene active.

Hiperexprimarea unui cromozom X de la masculi (la Drosophilla , unde genele asociate cromozomului X la mascul sunt transcrise de 2 ori mai intens decat genele corespunzatoare la femela)

Reducerea exprimarii genelor in cei 2 cromozomi X de la femela ( la C.elegans - unde are loc reducerea activitatii transcriptionale in cei 2 cromozomi X si respectiv , la mamifere , unde are loc inactivarea unuia din cei 2 cromozomi X)

Ce este compensazomul?

Compensazomul reprezinta un complex multiproteic format din 5 proteine : msl-1, msl-2, msl-3 (male specific lethal), mle (male loss) si mof (male absent on the first) - proteine implicate in hipertranscrierea cromozomului X la masculi

Enumerati rolurile localizarii ARNm.

asigurarea unui control translational local

evitarea exprimarii gresite a unui ARN

evitarea formarii heteromerilor

formarea unei celule polarizate

Enumerati si definiti mecanismele de localizare a ARNm.

transportul nucleo-citoplasmatic - presupune exportul transcriptilor printr-o anumita regiune a nucleului si localizarea in citoplasma imediat adiacenta.

Exportul din mitocondrii - 2 molecule de ARN mitocondrial sunt exportate si incorporate in particule de ribonucleoproteine.

Controlul spatial al stabilitatii ARN - consta in faptul ca ARN localizat corespunzator este tradus, iar cel localizat necorespunzator este degradat.

Ancorarea la componentele localizate anterior - la Drosophilla ARN nanos este localizat la polul superior al ovocitului numai dupa localizarea ARN oskar.

Transportul directionat - s-a observat in cazul ARN ce codifica proteina bazica mielinica si presupune o deplasare a acestui ARN care se deplaseaza cu ajutorul unor microtubuli.

Transportul dintr-un tip celular in alt tip celular - este folosit de insecte si se realizeaza prin intermediul unei retele de microtubuli, care trece de la o celula la alta prin intermediul unor canale inelare.

Cum se poate regla traducerea prin intermediul proteinelor?

La cele mai multe ARNm eucariotice regiunea 5' UTR contine secvente specifice recunoscute de diferite proteine , implicate in controlul initierii traducerii.Cele mai cunoscute sunt proteinele reglatorii ferice (IRP- iron regulatory protein). IRP-1 si IRP-2 controleaza traducerea mai multor ARNm, de tipul feritinei si aconitazei mitocondriale.Situsul de legare pentru IRP este reprezentat de o structura secundara IRE (iron responsive element) in forma de bucla , localizata in apropierea capatului 5'UTR. Ca raspuns la cresterea concentratiei de fier intacitoplasmatic, celulele intensifica producerea feritinei care va lega fierul suplimentar. Aceasta stocare a fierului in exces are loc datorita legarii IRP a patru atomi de fier, proces care reduce afinitatea proteinei pentru IRE. Lipsa fierului permite IRP sa recunoasca si sa lege IRE blocand traducerea.

Reglarea traducerii ARNm a receptorului transferinic similar ARNm tranferina are loc tot ca raspuns la concentratia intracelulara de fier si depinde de prezenta a 5 elemente IRE localizate de aceasta data in 5'-UTR. In cazul unei concentratii mari de fier creste viteza de degradarea ARNm deoarece este recunoscut de ribonucleaze care au ca situs de recunoastere o regiune bogata in AU din secventele IRE. Celula imposta astfel mai putin fier. Cand rezervele intracelulare de fier sunt mici ARNm a recelporului transferinic este stabilizat si tradus prin IRP.

Au fost identificate o serie de proteine, care actioneaza ca activatori sau inhibitori ai traducerii. La Drosophilla ARNm hunchback , prezent in tot embrionul sincitial este represat initial de proteina Nanos in regiunea posterioara, unde ulterior este degradat.

Explicati cum se poate bloca functia unui ARNm in cursul embriogenezei si experimental.

Blocarea functiei ARNm in cursul embriogenezei se poate face prin reglari la nivelul traducerii ARNm.

Experimental, in 98' pt a descrie blocarea expresiei genice prin formarea de ARN dc. A aparut termenul de ARN interference. ARN interference foloseste informatia de secventa in ARN dc, pt a genera un complex proteina-ARN ce distruge ARNm corespunzator, astfel ARN inteference e foarte specific si doar genele care au aceeasi secventa cu ARNdc sunt afectate. A devenit metoda de genetica inversa dominanta la C. elegans unde blocarea posttranscriptionala e initiata prin 3 metode:

1 Injectarea ARNdc.

2 incubarea nematodelor in domenii ce contin ARNdc.

3 Hranirea cu E. coli producator de ARNdc.

Indicati (in ordinea activarii lor) categoriile de gene care actioneaza in cursul dezvoltarii embrionare la Drosophila.

Controlul genic al al modelarii embrionare la Drosophilla se face prin 2 categorii de gene: gene necesare stabilirii segmentelor embrionare si gene necesare stabilirii identitarilor segmentelor. Intai are loc controlul genic al segmentarii embrionare care implica o cascada reglatorie ce debuteaza inaintea stadiului de blastoderm celular. Cascada reglatorie initaiata de produsii genelor maternale care activeaza primele gene zigotice. Genele maternale si zigotce stabilesc o ierarhie de reglaj genic in care produsii genici dintr-un grup influenteaza exprimare genelor din grupul urmator.

A. Gene necesare stabilirii segmentelor embrionare

Gene coordonatoare maternale → formarea axei anteroposterioare :

gene din grupul anterior: bcd,exu,swa,stau

gene din grupul posterior:nos,vas,vls,tud.pum,osk,stau

gene din grupul terminal:tor,tsl,trk

→ formarea axei dorso-ventrala:

gena gurken - receptor tirozin-kinazic Torpedo

genele wind, pip, nd

gene snake si Easter, Spatzle si Toll

gena Dorsal

Gene zigotice:

- Genele domeniilor nerepetitive : hb, gt, Kr, kni, tll,otd,ems

- Gene perechi:eve,h,run,ftz,odd,prd

- Genele polaritatii segmentelor: wg,en,gsb,ptc,cos-2,ci,fu,arm,dsh,porc.hh

B. Gene necesare stabilirii identitarilor segmentelor

- gene homeotice :complexul Antennapedia , complexul Bithorax

Care gene zigotice de la Drosophila sunt activate de factori transcriptionali si care folosesc alte mecanisme (ce mecanisme)?

Factorul transcriptional Hunchback determina activarea unor gene din grupul genelor domeniilor nerepetitive, de tipul giant (gt),Kruppel(Kr) si knirps(kni).Gena Kruppel este activata in prezenta unei concentratii mari de proteina Bicoid si mici de proteina Hunchback.Cantitatile mari de Hunchback represeaza Kruppel.In acest fel gradientul proteinei Hunchback conditioneaza exprimarea genei Kruppel in regiunea mijlocie a embrionului.In plus Hunchback este implicata si in specificarea limitelor anterioare ale domeniilor de exprimare ale genelor knirps si giant, printr-un proces care necesita activari si represii.La concentratii mari de Hunchback, knirps este inhibata.Prin acest mecanism se stabileste marginea anterioara a domeniului de exprimare knirps, in timp ce marginea posterioara a aceluiasi domeniu este specifricata prin interactia cu alt membru al genelor domeniilor nerepetitive, tailless.

Care sunt consecintele moleculare embrionare in urmatoarele situatii:

a.      absenta proteinei nanos;

duce la traducerea ARNm maternal hunchback,distribuit uniform in zigot. Se produce o cantitate foarte mare de proteina Hunchback , care impiedica formarea unui gradient embrionar.

b.     difuzia proteinei gurken pe fata ventrala a ovocitului, in spatiul perivitelin ventral;

- ligandul gurken nu va mai fi receptionat de receptorul tirozin kinazic Torpedo , localizat in membrana plasmatica a celulelor foliculare dorsale si nu se va mai activa calea de semnalizare necesara pentru ca aceste celule sa adopte un destin dorsal.Nu se mai poate forma axa dorsala embrionara.

c.      absenta proteinei knirps;

- knirps se exprima in regiunea posterioara si prin absenta sa apare fenotipul mutant , caracterizat prin lipsa segmentelor abdominale posterioare.

d.     absenta proteinei even-skipped (eve);

- are loc pierderea benzilor denticulare de pe segmentele pare

e.      absenta proteinei wingless (wg);

-regiunile anterioare ale parasegmentelor sunt inlocuite cu o imagine in oglinda a regiunii posterioare a parasegmentului adiacent

Dati exemple de mutatii homeotice, ce particularitate au aceste mutatii?

Genele homeotice sunt implicate in conferirea identitatii fiecarui parasegment. Mutatiile care apar la nivelul acestor gene au consecinte grave ; rezulta indivizi, ce prezinta inlocuirea unui tip de seegment cu alt tip. Astfel mutatia genei antennapedia determina transformarea antenelor in picioare , mutatia genei proboscipedia determina transformarea unei parti a gurii in picior, iar mutatia genei ultrabithorax duce la inlocuirera halterelor cu o pereche suplimentara de aripi.

Enumerati caracteristicile genelor homeotice

confera fiecarei celule o memorie a segmentelor pe care le va forma

sunt considerate autonome din punct de vedere al actiunii lor.Celulele se comporta in acord cu genotipul lor homeotic, indiferent de genotipul homeotic al celulelor vecine

celulele au nevoie de o informatie de pozitie pentru a raspunde pentru a raspunde la un semnal homeotic.

Se considera ca celulele care exprima aceleasi gene homeotice in diferite regiuni ale parasegmentelor se pot comporta diferit in anumite circumstante.

Definiti colinearitatea spatiala si temporala. Ordonati urmatoarele gene in functie de momentul exprimarii lor spatiale (de-a lungul axei antero-posterioare) si temporale: Hox c.12; Hox a.3; Hox d.1; Hox b.7; Hox a.6; Hox d.8; Hox c.5; Hox b.9; Hox c.11; Hox a.1; Hox. d.13.

Colinearitatea spatiala se refera la paralelismul dintre ordinea cromozomiala si exprimarea in domenii anteroposterioare.

Colinearitatea temporala se explica prin faptul ca transcriptul unei anumite gene , cum este gena Hoxd13 apare numai dupa formarea transcriptului genei Hoxd10, in functie de momentul exprimarii lor de-a lungul axei antero-posterioare.

Ordinea exprimarii genelor in functie de momentul spatial si temporal al genelor de mai sus este :

a1, a3, a6

b7 , b9

c5, c11, c12

d1, d8, d13

Colinearitatea spatiala si temporala se exprima numai de-a lungul unui grup si nu se extinde intre membrii grupelor paraloage.

Mentionati care din urmatoarele gene se pot exprima in regiunea gatului si care in regiunea cozii unui embrion: Hox. a.1; Hox. d.13; Hox. a.12; Hox b.2; Hox d.1; Hox a.13.

In regiunea gtului se pot exprima a1, b2 si d1 , in timp ce in regiunea cozii se poate exprima a12 si d13.

Consideram urmatorul caz teoretic: Gena Hox c.11 se exprima in mezodermul vertebrelor sacrale. Conform caracteristicii dominantei posterioare ce vertebre vor fi afectate in cazul inactivarii acestei gene?

Vor fi afectate zone dintr-o regiune anterioara, cum ar fi vertebrele toracale.

Enumerati genele Hox din grupul paralog 1.

Hox a1, Hox b1, Hox d1

Indicati care din urmatoarele gene sunt mai asemanatoare structural si functional: Hox. c.10; Hox c.11; Hox d.10; Hox c.12; Hox a.11

Genele din grupe paraloage sunt mult mai asemanatoare unele cu altele decat cu genele vecine din acelasi grup. Astfel genele hoxc10 cu Hox d10 si Hox c11 cu Hox a11 sunt mai asemanatoare structural si functional.

Definiti inductia prin apozitie si prin intermediul unui gradient morfogenetic. Exemple

Inductia prin apozitie presupune existenta unui tesut inductor , ce elibereaza semnale catre un tesut indus , aflat adiacent acestuia si care este neangajat pe o directie de dezvoltare, sa se dezvolte pe o anumita cale de dezvoltare.

Un exemplu de inductie prin apozitie este inductia mezodermului la amfibieni, care implica existenta a a4 semnale inductoare.

Inductia prin intermediul unui gradient se realizeaza in interiorul unei structuri embrionare in care sursa de molecule inductoare este localizata la extremitatea respectivului strat. Moleculele inductoare formeaza un gradient de concentratie de-a lungul respectivului strat , celulele diferentiandu-se in functie de concentratia de morfogen din spatiu extracelular.Un exemplu de o astfel de inductie este reprezentata de inductia membrelor la vertebrate.

Cum testati daca o molecula poate induce mezoderm?

Vom identifica factorii inductori mezodermali prin metode de inductie mezodermala in cultura sau in embrioni .

Metodele de inducte mezodermala in cultura se realizeaza in doua variante experimentale. In primul caz se cultiva explantele din calota animala intr-un mediu de cultura ce contine molecule la care urmeaza sa se testeze capacitatea inductoare mezodermala. In cel de-al doilea caz se injecteaza la polul animal al blastulei timpurii un ARNm ce codifica o potentiala molecula inductoare mezodermala, iar apoi se izoleaza explante din calota animala si se cultiva in vitro.

Moleculele inductoare mezodermale se formeaza endogen. Metoda este cunoscuta si ca "autoinductie".

Pentru ca simpla capacitate de a induce mezoderm in vito nu dovedeste ca respectiva molecula reprezinta inductorul natural in embrion, se iau in consideratie si alte criterii: prezenta proteinei in concentratie adecvata, in regiunea corespunzatoare si la momentul embrionar potrivit.

Metodele de inductie mezodermala in embrioni sunt realizate tot in doua variante experimentale. Injectarea moleculelor potential inductuare in emisfera vegetativa a unui embrion normal de 32 de celule, se formeaza embrionii cu doua axe dorsale; moleculele testate pot induce formarea unei axe dorsale suplimentare complete sau incomplete.

In cel de-al doilea caz se injecteaza molecule inductoare in orice punct al zonei marginale, dintr-un embrion ventralizat. La acesti embrioni se stabileste o axa dorsala in jurul puntelor de injectie, restabilirea putand fi partiala.

Prin ce mecanism actioneaza proteinele eliberate din organizatorul Spemann?

Moleculele eliberate din organizatorul Spemann reprezinta cel de-al IV lea semnal , in inductia mezodermului si sunt implicate in blocarea semnalizarii BMP si WNT.

molecule implicate in blocarea semnalizarii BMP : proteine care se leaga la liganzi BMP si blocheaza accesul acestora la receptorii corespunzatori ( proteinele bhordin, noggin, cerberus) si proteine care formeaza un complex trimeric cu liganzii BMP asociati receptorilor corespunzatori ( proteinele Follistatin)

molecule implicate in blocarea semnalizarii WNT: se realizeaza de catre proteinele Frizbee (leaga ligandul WNT, blocandu-i accesul la receptor).

Indicati moleculele implicate in formarea celor 3 axe ale membrelor la vertebrate si precizati zonele din care sunt eliberate

Formarea axei anteroposterioara depinde de eliberarea morfogenului sonic hedgehog(Shh) din zona de activitate polarizata , aflata la marginea posterioara a mugurelui membranar.

Axa dorso-ventrala depinde de semnale eliberate din ectodermul dorsal si aceste semnale sunt reprezentate de WNT7a , iar axa proximal distala depinde de FGF, eliberat din creasta ectodermala apicala

Enumerati caile de semnalizare embrionara si moleculele implicate in fiecare cale cu precizarea functiei acestora.

a) calea de semnalizare WNT in care sunt implicate proteine WNT , secretate intracelular si extracelular cu receptorii transmembranari corespunzatori. Componentele caii de semnalizare :

proteoglicani transmembranari , care pot avea rol de a sechestra si concentra ligandul WNT in apropierea receptorilor corespunzatori si pot participa la semnalizare prin formarea unui complex trimeric - proteoglicani-ligandWNT-receptor.

Receptorul Frizzled, ce contine un domeniu de legare al ligandului , o regiune flexibila si una citoplasmatica , precum si 7 domenii transmembranare.Semnalul WNT este transmis probabil prin recrutarea sau eliberarea unei proteine citosolice

Proteina Dishevelled , care este activata prin fosforilare de receptorul Frizzled

Zeste white 3, care fosforileaza cateninB libera in citoplasma si glicogen sintaza kinaza3 (GSK3)

Axin , care se leaga la GSK3 si poate facilita fosforilarea cateninB.

Armadillo si catenin B pot fi in citoplasma , mediand calea WNT.Exista repetitii Arm care formeaza un superhelix, in care exista o fosa incarcata pozitiv , prin intermediul careia catenin B interactioneaza cu domenii acide ale proteinei APC

APC/APR-1, ce prezinta domenii implicate in legarea cateninei-B si domenii prin care interactioneaza cu microtubulii.

Pangolin/POP-1/TCF-1 sunt factori transcriptionali HMG, care se comporta ca represori, in absenta semnalului WNT

b) calea de semnalizare Hedgehog , cuprinde mai multe componente:

- receptorul patched , care contine 2 domenii , necesare pentru legarea ligandului Hedgehog

- receptorul Smoothened , se presupune ca este asociat fizic cu patched , intr-un complex receptor.Legarea ligandului , permite receptorului Smoothened sa initieze calea de semnalizare specifica.

- costal 2 are rolul de a ancora de microtubuli un complex , format din Ci-Fu-Cos2.Actiunea Hedgehog determina disocierea Cos2 si a serin/treonin kinazei Fused de citoschelet.

- cubitus interruptus , care are activitate activatoare sau inhibitoare in functie de semnalul Hedgehog.

c) calea de semnalizare Notch-Delta , prezinta 3 componente:

- liganzi DSL : cu o regiune extracelulara , ce contine o peptida semnal ; regiune transmembranara; regiune citoplasmatica , care contine un motiv de degradare proteolitica.

- receptorii LNG - proteina Notch la Drosophilla , care cuprind o regiune extracelulara , la care se leaga ionii de calciu si care are rol in impiedicarea dimerizarii , inaintea activarii de catre liganzi ; o regiune transmembranara si una citoplasmatica

- efectorii CSL , ce interactioneaza cu receptorii RAM23 ale receptorilor .Acesti factori pot act5iona ca activatori transcriptionali sau ca inhibitori.

c)calea de semnalizare TGF B

- receptori TGFB de tip I si II , ce prezinta o regiune extracelulara , transmembranara si citoplasmatica . In cazul receptorului II , regiunea citoplasmatica determina fosforilarea proteinelor SMAD

- proteine SMAD , ce contin 2 domenii conservate : MH1 si MH2.MH1 inhiba activarea transcriptionala , iar MH2 are o functie efectoare, contribuie la formarea homo-oligomerilor SMAD.

Care sunt consecintele moleculare in caile de semnalizare embrionare in cazurile de mai jos. Figurati in fiecare caz calea de semnalizare in respectiva situatie;

a.      Proteinele Armadillo/b-Catenin nu prezinta domeniul central ce contine cele 13 repetitii armadillo;

Nu mai poate avea loc interactia cu domeniile acide ale APC si se va ajunge la inhibarea transcrierii genelor tinta.

b.     Nu exista proteine Co-SMAD

Co-Smad se asociaza cu receptorii legati de Smad iar daca nu exista Co-Smad nu se mai pot lega receptorii , calea de semnalizare nu mai poate avea loc transcrierea.

c.      Nu are loc adaugarea de colesterol la capatul N-terminal al peptidei N-terminale Hedgehog;

Receptorul Patched blocheaza activitatea receptorului Smothened. Represorul transcriptional este fosforilat de complexul Cos2/Fu/Ci legat de microtubuli si se leaga la ADN unde blocheaza transcriptia.

d.     Doua celule vecine exprima: una proteina Delta cealalta LAG-2. Ce cale de semnalizare este initiata?

- calea de semnalizare Noch-Delta

Enumerati functiile apoptozei in cursul dezvoltarii embrionare.

sculptarea structurilor embrionare

indepartarea structurilor nefunctionale

ajustarea numarului de celule

eliminarea celulelor nefunctionale, anormale sau localizate gresit

producerea de celule diferentiate , fara organite

Enumerati moleculele pro-apoptotice si anti-apoptotice, indicati la ce nivel functioneaza (membranar, citosol, organite) si din ce cale apoptotica (extrinseca sau intrinseca) fac parte.

Molecule proapoptotice - calea extrinseca: receptori apoptotici, proteine adaptoare FADD, RAID, Rip (membranar), caspazele 8 si 10 (citosol).

- calea intrinseca: Bcl 2 (membranar), BAX (citosol), CED4 (citosol), Apaf1 (citosol), procaspaza 9 (citosol), caspazele 6 si 7 (citosol), citocrom C (mitocondrie).

Molecule antiapoptotice: - calea extrinseca.

- calea intrinseca: BclXL (membrana mitocondrie), Bad (citosol).