Developmental Genetics

69
1

description

Developmental Genetics. Developmental Genetics. Topics : I. Genetic Basis of Differentiation II. Control of Gene Expression in Differentiation III. Nature of Determination. Development ของ organism. การเจริญพัฒนา Single fertilized egg cell เป็น embryo และไปเป็น adult - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Developmental Genetics

Page 1: Developmental  Genetics

1

Page 2: Developmental  Genetics

2

Developmental Genetics

Topics : I. Genetic Basis of Differentiation II. Control of Gene Expression in

DifferentiationIII. Nature of Determination

Page 3: Developmental  Genetics

3

Development ของ

organism การเจรญพั ฒนา Single fertilized egg cel

l เป็�น embryo และไป็เป็�น adult Adult ป็ระกอบด้�วย cells จ�านวนหลายtrillions (1012)

ซึ่��งถู!กจ ด้เป็�นองค์#กรได้� organs ต่%าง ๆ Organ ป็ระกอบด้�วย tissues กล'%มต่%าง ๆ ที่*�

ม*หน�าที่*�และค์วามชำ�านาญต่%างก น Tissue ค์,อ กล'%มเซึ่ลล#ที่*�ม*ร!ป็ร%างและ หน�าที่*�ค์ล�าย

ก น

Page 4: Developmental  Genetics

4

Cell Differentia

tion

Page 5: Developmental  Genetics

5

Embry onic d

evelop ment

ของAmphioxus

Page 6: Developmental  Genetics

6

Differentiation การแสด้งออกของ ค์'ณล กษณะพัเศษ(specialized characteristics) ของเซึ่ลล#type ต่%าง ๆ

Specialized cellular functions ข�1นก บ 1) Proteins : structural proteins for

cell shapes2) Enzymes : specific chemical reactions3) Hormones : signals from cell to cell

Page 7: Developmental  Genetics

7

Genetics ของ Developmental

Pathway

วเค์ราะห# ด้�วย Mutation Developmental pathway ป็ระกอบ

ด้�วยเหต่'การณ#ใน differentiation ที่�าให�เกด้โค์รงสร�างของ tissues และorgans หร,อก4ค์,อ Phenotypes

ของ differentiated cells

Page 8: Developmental  Genetics

8

ส%วนป็ระกอบของ Developmental pathway

Different gene products Signal molecules : signal receptors

Cytoplasmic proteins : signal transducers

Transcription factors Regulator proteins

Page 9: Developmental  Genetics

9

I. Genetic Basis

of Differentia

tion

Page 10: Developmental  Genetics

10

I. Genetic Basis of

Differentiation

1. Theory of development 11. Theory of Mosaic

DDDDDDDDDDD 12. Theory of

DDDDDDDDDD DDDDDDDDDDD 2. Substances of development

21. Determinants 22. Inducers 23. Morphogens

Page 11: Developmental  Genetics

11

Genetic Basis ของ Cell

Differentiation Early embryonic cells: จ�านวนมากเหม,อน

ก นที่ 1ง ร!ป็ร%างและหน�าที่*� Differentiated cells : ผลต่ specialized products 2 กล'%มใหญ%

1) Fundamental proteins ที่*�จ�าเป็�น(vital) ต่%อชำ*วต่โด้ย

Housekeeping genes : RNA polymerases & ribosomal proteins

2) Specialized cell products ส�าหร บบางorgans โด้ย Luxury genes : hemoglobin, insulin

Page 12: Developmental  Genetics

12

Page 13: Developmental  Genetics

13

1 . Theory of Developm

ent ม* 2 ที่ฤษฏี* อธิบายให�ร!�ว%า Expression ของgenes ระหว%าง development ในเซึ่ลล#แต่%ละชำนด้ไม%เหม,อนก น

gene หน��ง express ในเซึ่ลล#ชำนด้หน��ง gene อ,�น express ในเซึ่ลล#อ*กชำนด้อ,�น

11. Theory of Mosaic Development 12. Theory of Regulative

DDDDDDDDDDD

Page 14: Developmental  Genetics

14

1.1 Theory of Mosaic

Development D DDDDDDDDDDDDDD ของ DDDDDDDDD

DDDDD เกด้จากการส!ญเส*ย DDDDDDD DDDDDDDDD ต่ 1งแต่%เร�มต่�นไป็เร,�อย ๆ ระหว%างการ

เป็ล*�ยนแป็ลง ในแต่%ละ DDDD cycle ระหว%าง

DDDDDDDDDDD เซึ่ลล#ล!กจะไม%ได้� genetic material เที่%าก น --> เซึ่ลล#ไม%เหม,อนก น

เม,�อรวมเซึ่ลล#ที่ 1งหมด้ใน organism จ�งม* เซึ่ลล#หลายแบบค์ละก นเป็�นกระ (mosaic)

Embryo เร*ยกว%า Mosaic embryo

Page 15: Developmental  Genetics

15

น �นค์,อ ระหว%างแบ%งเซึ่ลล# Genes ถู!กแบ%งเป็�นส%วน

genes ส%วนมากส!ญเส*ย potential ระหว%างdifferentiation ค์ง เหล,อแต่%

1. Housekeeping genes และ 2 . Luxury genes

ใน invertebrate พับค์วามแต่กต่%างของ เซึ่ลล#ใน embryo ต่ 1งแต่%ระยะ 2 เซึ่ลล# ข�1นไป็

และ พับว%าถู!ก DDDDDDmm ed มาแล�ว เชำ%นส%วนที่*�differentiate ไ ป็เป็�น ระบบป็ระสาที่ หร,อกล�ามเน,1อ

Page 16: Developmental  Genetics

16

1.2 Theory of Regulative

Development เซึ่ลล# embryo ของ eukaryote ชำ 1นส!งต่ด้อย!%รวม

ก นจนถู�งระยะ 8 cells จ�งแยกก นเป็�นแต่%ละเซึ่ลล# ที่ 1ง 8 เซึ่ลล#สามารถู develop เป็�น 8 organisms แสด้งว%าแต่%ละเซึ่ลล#ของที่ 1ง8 ถู!กค์วบค์'ม(regulated)

ให�ม*ค์'ณสมบ ต่ Totipotent ค์,อ ย งค์งม* genetic materials ค์รบที่ 1งหมด้ สามารถูแยกให�เจรญ เป็�น8 ต่ วป็กต่ได้�

Embryo เร*ยกว%า Regulative embryo

Page 17: Developmental  Genetics

17

น �นค์,อ เซึ่ลล# embryo ร กษา genetic materials ไม%ให�ส!ญเส*ย เป็�นเวลานานถู�ง 3

cel l di vi si oncycl es ซึ่��งเป็�นเวลานาน กว%า mosa ic development

พั ฒนาการแบบน*1 เร*ยกว%า Regul ati vedevelopment

เชำ%น embryo ของ humans ที่*�เกด้แฝด้เหม,อน ได้�หลายค์น ( ถู�ง 8 ค์น)

Page 18: Developmental  Genetics

18

ผ%านระยะน*1แล�ว toti potency ไม%แน%นอนอาจ

ค์ง totipotent เชำ%น stem cells/ precursor cells ของ เซึ่ลล#เม4ด้เล,อด้ในใขกระด้!ก

ส!ญเส*ย genetic potential ส%วนมากไป็ เชำ%น muscle cells และ nerve cells ในพั,ชำ adult cell เพั*ยง 1 เชำลล# เป็�น

totipotent differentiated cells สามารถูเจรญเป็�นพั,ชำที่ 1งต่�นได้� ซึ่��งใชำ�

ป็ระโยชำน#ในการที่�า tissue culture

Page 19: Developmental  Genetics

19

โด้ยสร'ป็ : animals & plants บางชำนด้ม* totipotent differentiated cells บางชำนด้ไม%ม*

ด้ งน 1นการส!ญเส*ย genetic material ในdifferentiation ของเซึ่ลล# จ�งไม%จ�าเป็�น และ

ไม%ม*หล กฐานการส!ญเส*ย genes ระหว%างcell differentiation

แต่%ม*หล กฐานแสด้งว%า cell differentiation ม*สาเหต่'จาก Epigenetic changes ซึ่��ง

เป็�นการเป็ล*�ยนใน gene expression ไม%ใชำ%ที่*� ต่ ว genes

โด้ยต่รง

Page 20: Developmental  Genetics

20

Page 21: Developmental  Genetics

21

2. 1 Determinant ก%อนเซึ่ลล# differentiate และ express specific function เซึ่ลล#ต่�องผ%านกระบวนการDetermination

Determination เป็�นระยะที่*�เซึ่ลล#ผ%าน point of no return หร,อ irreversible commitment ใน Development program หร,อ fate หร,อต่ ด้สนชำนด้ของเซึ่ลล#

พับว%าม* สาร Effector substances ในcytoplasm ในใข% เป็�น Determinants

Page 22: Developmental  Genetics

22

Gradi ent of determinations

determinants อย!%ใน eggและ

กระจายไม%เที่%าก นกระจายจากมากไป็

หาน�อยเป็�นระด้ บ (gradient ) จาก บน -- > ล%าง

(animal pole--> vegetal pol

e) และจาก -side- > side

Page 23: Developmental  Genetics

23

Determinants อาจเป็�น Maternalmessages

mRNA ส งเค์ราะห#ข�1นจ�านวนมากแล�วเก4บ สะสมไว�ระหว%าง การเจรญของ egg

(developing egg) หร,อ Determinants อาจเป็�น Transcription factors ซึ่��งจะไม%พับใน egg

แต่%ส งเค์ราะห#โด้ย embryonic cells ของembryo ในระยะหล ง

Page 24: Developmental  Genetics

24

2.2 Inducers Substance ที่*�เซึ่ลล#หน��งผลต่ข�1นให�ไป็ม*

อที่ธิพัลต่%อ การพั ฒนาการของอ*กเซึ่ลล#หน��ง หร,อ เป็�นSignal จาก cell ถู�ง cell เชำ%น

เน,1อเย,�อ embryo 3 ชำ 1น Mesoderm จะinduce development ของ Ectoderm

กล�ามเน,1อ induce พั ฒนาการของ ระบบป็ระสาที่

Page 25: Developmental  Genetics

25

2.3 Morphogens เป็�น subsets ของ determinant และ inducer

Morphogen ต่ ด้สนร!ป็ร%าง (morphology) ของ embryo ที่*�ก�าล งพั ฒนา

Morphogen สามารถูชำ กน�าให�เกด้การเป็ล*�ยนร!ป็ร%างในต่%าง embryo ได้�ในการที่�าtransplantation

เชำ%น ใน chick limb bud ม* Retinoic acid ก�าหนด้และชำ กน�าให�พั ฒนา เป็�นน1ว (digits)

Page 26: Developmental  Genetics

26

พับว%า Reti noi c aci d เป็�น morphogen ในพั ฒนาการของหลายเน,1อเย,�อและหลายส�งม*ชำ*วต่รวมที่ 1งค์น

Retinoic acid ย ง สามารถูที่�างานร%วมก บhormones อ,�นใน differentiation ได้�ด้�วย

Page 27: Developmental  Genetics

27

II. Control of Gene Expression

inDifferentiation

Page 28: Developmental  Genetics

28

II. Control of Gene

Expression in

Differentiation

Differentiation เกด้โด้ยการ -turn on ของ genes

ที่*�เล,อกแล�ว เป็�น control ของ structural gene expression ระด้ บ•Transcription,

•Posttranscription,•Translation และ•Posttranslation

Page 29: Developmental  Genetics

29

Control ใน Prokaryote

ม*การเป็ล*�ยนแป็ลงอย%างมากใน gene expression และ cellular activity

เชำ%น ใน bacteria เจรญจากSporulation --> Vegetative

พับการเป็ล*�ยนที่*� sigma () factor ของRNA polymerase และ เป็ล*�ยนต่ามเวลา

Page 30: Developmental  Genetics

30

Control ใน Eukaryote

Expression ของluxury genes

1. Hormone activation of genes

2. Hormone-responsive elements

3. Light-induction of plant genes

Page 31: Developmental  Genetics

31

1. Hormone Activation on

Genes Hormone ที่�า งานโด้ย turn on transcription

ของ specific genes ใน target cells ได้� 1. โด้ยต่รง โด้ย เข�าไป็จ บก บ genes ใน

nucleus 2. โด้ยอ�อม โด้ยผ%าน second messenger ที่*�

cell membrane หร,อใน cytoplasm Hormone action เป็�น complex process ที่ 1ง

2 วธิ* ต่�องม* receptor เฉพัาะชำนด้ hormone

Page 32: Developmental  Genetics

32

Steroid Hormone

Steroid hormone ม*บที่บาที่ส�าค์ ญในdevelopment และ differentiation

Steroid hormone ซึ่�มผ%าน cell membrane เข�า cytoplasm เข�า nucleus

ไป็จ บก บ receptor ใน nucleus Hormone-receptor complex ไป็จ บchromatin ไป็ activate genes ที่*�เก*�ยวข�องให�ม* Transcription

Page 33: Developmental  Genetics

33

Effect ของ

Steroid Hormone ต่%อGene

Expression

Page 34: Developmental  Genetics

34

Activation ของ Estrogen ต่%อOvalbumin Gene

ใน chick oviduct estrogen-receptor complex ม* binding site ที่*�ระหว%าง 250-300 base pairs upstream จาก TATA box

hormone-receptor complex ก4ค์,อtranscription factor ที่*� bind และstimulate ที่*�ต่�าแหน%ง enhancer ของ gene

Page 35: Developmental  Genetics

35

Hormone อ*กหลาย family ที่*�ม*

receptor ใน nucleus

ซึ่��งม* บที่บาที่ส�าค์ ญใน development1) Glucocorticoid receptor :

mediate gene โด้ย hormone cortisol

2) Vitamin D3 receptor3) Thyroid hormone receptor4) Retinoic acid receptor Response ของเซึ่ลล# ข�1นก บการม*receptor หร,อไม%

Page 36: Developmental  Genetics

36

- 2. Hormone Responsive

E lements (HRE)

ค์,อ Enhancer ส�าหร บจ บก บ receptor ของhormone หร,อก บ hormone-receptor complex

Enhancer ที่*�ถู!กจ บแล�วจ�งไป็ชำ%วย Promotor ของ gene เพั,�อให� RNA polymerase ที่�า

transcription บน gene ได้� พับม* HRE ส�าหร บ hormone และ receptor

หลายชำนด้

Page 37: Developmental  Genetics

37

2.1 HRE ส�าหร บ Retinoic Acid Receptor

Retinoic acid responsive element (RARE)

เป็�น binding site บน DNA ส�าหร บจ บ Retinoic acid receptor (RAR) RAR โมเลก'ลค์ล�ายน1วม,อ เร*ยกว%า Finger protein ซึ่��ง ม* 2 Zinc fingers

Page 38: Developmental  Genetics

38

Retinoic acid receptor (RAR) = protein จ บก บ Retinoic acid responsive element (RARE) = DNA sequence ได้� RAR-RARE complex

บน DNA แล�ว Retinoic acid (R) จ�งเข�า จ บก บ RAR-RARE complex

RAR-RARE complex จ�ง ไป็ stimulate gene ที่*�อย!%ใกล�

RARE พับใน growth hormone gene ในต่%อม pituitary ซึ่��งผลต่ growth hormone

Page 39: Developmental  Genetics

39

Action ของ Retinoic AcidRAR (receptor) + RARE (element)

RAR-RARE Complex /----Promotor-----Gene-----/

/-------RAR-RARE-Promotor-----Gene-----/ Transcription

Retinoic Acid RNA Polymerase

Page 40: Developmental  Genetics

40

Page 41: Developmental  Genetics

41

2 2. HRE ส�าหร บ Thyroid

hormone receptor (THR) RARE เป็�น enhancer ของ Thyroid hormone receptor (THR) ด้�วย

ที่�าให� thyroid hormone ที่�างานร%วมก บretinoic acid ในการ ค์วบค์'มการผลต่growth hormone

โด้ย thyroid hormone receptor จ บก บRAR ได้� dimer ไป็จ บ growth hormone RARE --> turn on growth hormone gene --> growth hormone

Page 42: Developmental  Genetics

42

2.3 RARE เป็�น Enhancer ของ

Vitamin D3 Receptor

Vitamin D3 ที่�างานร%วมก บ Retinoic acid โด้ยจ บก บ VDR และ RAR ต่ามล�าด้ บ ที่*� RARE ร%วมก น turn on Osteocalcin gene --> product เก*�ยวก บ differentiation ของ immature Osteoblasts

Osteoblasts uptake calcium Osteoblasts differentiate เป็�น mature Osteocytes

Page 43: Developmental  Genetics

43

สร'ป็ได้�ว%า Cells ที่ 1งหมด้response ต่%อ hormoneไม%เหม,อน

ก น เพัราะ ม* hormone receptor ม*ค์วามเฉพัาะspecificity ต่%างก น

Hormones ส%วนมากม* target เพั*ยง - 23 cell types

กรณ* Retinoic acid ใน vertebrate ม*receptor 3 types

เฉพัาะ type RAR พับม*ในเซึ่ลล#เก,อบที่'กชำนด้ Retinoic acid จ�งเป็�น Morphogen พั,1นฐาน Hormone receptor เองเป็�น protein ก4เป็�น

ผลของ differentiation ด้�วยเชำ%นก น

Page 44: Developmental  Genetics

44

3. Light-induction of

plant genes ต่�นกล�า (Seedling) ของพั,ชำเจรญ ในค์วามม,ด้

จะไม%สร�าง photosynthetic apparatus ซึ่��งค์,อ chlorophyll เพั,�อป็ระหย ด้พัล งงาน

เม,�อได้�ร บแสง seedling จ�งเป็ล*�ยนเป็�นส*เข*ยว โด้ย enzyme สร�าง chlorophyll เป็�น

light-activated enzyme ชำ,�อ Ribose biphosphate carboxylase หร,อRubisco

Page 45: Developmental  Genetics

45

Rubisco Gene ล กษณะของ Rubisco gene และ light-

inducible genes Promoter :

ที่*� -35 base pair region ม* TATA box Sequence จาก -35 ถู�ง -46 เป็�น light dependent และ

จากต่�าแหน%ง -46 upstream จ�งต่อบสนองต่%อแสง

Enhancer : Region จาก - 327 ถู�ง -48 ชำ%วย stimulate rubisco gene ในการต่อบสนองต่%อแสง

Page 46: Developmental  Genetics

46

Promoter & enhancer ของ

Light response gene

(a) Rubisc o gene

จาก pea cloned ใส%petunia cells

(b) Rubisc o gene

จาก pea cloned ใส%tobacco

Page 47: Developmental  Genetics

47

Control Expression ของ gene ใน cell differentiation ในplants และ animals

Regulatory region / 5’-flanking region แบบ

cis-acting DNA ค์,อ Control region อย!%บนสายเด้*ยวก บ structural gene เชำ%น TATA box และ GC box

trans-acting protein เชำ%นtranscription factor จ บบน DNA สายต่รง

ข�ามก บ template

Page 48: Developmental  Genetics

48

III. Nature of

Determination

Page 49: Developmental  Genetics

49

Determination ค์,อ กระบวนการต่ ด้สนที่*�ไม%ย�อนกล บ

เพั,�อให� cell ด้�าเนนไป็ต่าม developmental pathway

เก*�ยวข�องก บการเป็ล*�ยนสภาวะที่าง กายภาพัของ Chromatin โด้ย

factor ป็?องก น histones ไป็จ บที่*�control regions ของ genes

Page 50: Developmental  Genetics

50

วธิ* Determination

1. DNaseHypersensi ti vi ty

2. Control expression ของ DDDD5

3. DNAmethylation

Page 51: Developmental  Genetics

51

1. DNase

Hypersensitivity DNA บรเวณระหว%าง Nucleosomes (300 bp) บน chromatin ไม%ม*โป็รต่*น histones จะ

ไวต่%อ DNas เร*ยกว%า DN ase hypersensitiv e site

Page 52: Developmental  Genetics

52

DNase hypersensitive region ก4ค์,อ- 5’ flanking region / regulatory

region (promoter & enhancer) ที่�าหน�าที่*� turn on/off gene โด้ยต่�องม* factor (protein) ป็?องก นไม%ให�บรเวณhypersensitivity น*1ให�กลายเป็�นNucleosome เชำ%น globin gene ในเม4ด้แด้งของกบ Hypersensitivity region ที่*� 60-260 upstream ป็?องก นการสร�าง nucleosome เม,�อembryo อาย' 14 ว น

พับ Determination factor ให� globin gene active เม,�ออาย' 14 ว นเป็�นต่�นไป็

Page 53: Developmental  Genetics

53

2. Control ของ 5S rRNA

gene expression 5S rRNA genes (กบ) ม* 20000, genes

แบ%งเป็�น2 family

1. Oocyte 5S rRNA genes : 98 % , transcription เกด้

เฉพัาะ ใน oocytes2. Somatic 5S rRNA genes : 2 % , transcription เกด้ใน somatic cells

Page 54: Developmental  Genetics

54

Expression ของ rRNA genes

2 families

หล ง replication แต่%ละรอบของ cell division จะเกด้จากการแข%งข นระหว%าง transcription factors RNA Pol III ม*factors ค์,อ TFIIIA, TFIIIB, และ TFIIIC ก บ

histones บน hypersensitivity region เชำ%น ใน immature egg และ developing embryo ของกบ

Page 55: Developmental  Genetics

55

ใน immuture egg: Oocyte 5S rRNA genes express แต่%somatic 5S rRNA genes ถู!กrepressed ใน developing embryo: Embryo ~ 3,200 cells

TFIIIA ลด้จ�านวนลงเร,�อยๆ จนเหล,อ 1 โมเลก'ล / oocyte rRNA gene

ที่�าให� oocyte rRNA gene ถู!กrepressed โด้ย histones และsomatic rRNA gene ชำนะจะ express

Page 56: Developmental  Genetics

56

3. DNA methylation

Active genes ป็กต่ม* low methyl groups หร,อ ไม%ม*

Methylation ของ DNA ที่�าให� repress gene และถู%ายที่อด้ได้� และ เป็�น signal ให� DNA สายใหม%ม* methylation ด้�วย

กฎ methylation ใน higher eukaryote ต่�องเกด้ก บ C ที่*�เป็�น 5’-CG-3’ dinucleotides

Page 57: Developmental  Genetics

57

Determination โด้ย

mehtylation เพั,�อ 1) Repress gene activity และ

2) permanent จ ด้เป็�น Epigenetic mechanism เพัราะmethylation ไม%ที่�าให�เป็ล*�ยน genetic แต่%

ที่�าให� gene turn off เร4วระหว%างdevelopment เชำ%น X chromosome ใน female พับว%าถู!ก

methylated และ หย'ด้ develop เร4ว Inactive X chromosome เร*ยกว%าถู!กLyonized

ที่�าให�เห4นร!ป็ร%างเป็�น Barr body

Page 58: Developmental  Genetics

58

Genes ต่�นเหต่'

Determination ใน แมลงหว*� พับโด้ยการที่�า mutation:

พับ genes ที่*�ที่�าให�เกด้ determination ชำะต่าของเซึ่ลล#ชำนด้ต่%างๆ เร*ยกว%า

Homoeotic genes หร,อ Homeotic genes

โด้ยเม,�อที่�า mutation แล�วที่�าให�เกด้การ เป็ล*�ยนร!ป็แบบ (transformation) ของ

ร%างกายจากส%วนหน��งไป็เป็�นอ*กส%วนหน��ง

Page 59: Developmental  Genetics

59

เชำ%น Antennapedia (Antp) mutant ม* ขาในต่�าแหน%งของหนวด้

แสด้งว%า genes ของ cells ในต่�าแหน%งหนวด้ ได้�ถู!กเป็ล*�ยนให�เหม,อนขา หร,อ cells ป็กต่ที่*�ค์วร

develop เป็�นหนวด้ได้�ถู!ก programmed ให� develop เป็�นขา

Transformation เก*�ยวข�องก บ activity ของหลาย genes

แต่%พับม*เพั*ยง gene เด้*ยวเม,�อถู!ก mutated แล�วเกด้ transformation

แสด้งว%า gene น*1ต่�อง control genes อ,�นๆ ให� develop หร,อเป็�น Homeoti c gen

e

Page 60: Developmental  Genetics

60

น �นค์,อ Homeotic gene เป็�น Master gene ที่*�เก*�ยวข�องก บ determination

ชำะต่า (fate) ของเซึ่ลล#ว%าจะพั ฒนาเป็�นเซึ่ลล#ชำนด้อะไร ถู�า mutate gene น*1จะที่�าให� determination

เป็ล*�ยนไป็ส!%วถู* / programใหม% Homeotic genes จ�งม*บที่บาที่เป็�น

ศ!นย#กลาง development ในแมลงหว*�ศ�กษาพับ Homeoti c gene แล�ว 2

กล'%ม ค์,อAntennapedia complex (ANT-C)

และBithorax complex (BX-C)

Page 61: Developmental  Genetics

61

Homeobox Common DNA sequence ป็ระมาณ 180

bp พับ ใน Homeotic genes เป็�น complex (cluster) genes และ

ใน Non-homeotic genes ซึ่��งไม%ได้�ที่�าให� เกด้ transform ของ body part แต่%ก4ม*

ค์วามส�าค์ ญเชำ%นเด้*ยวก บ homeotic genes ในการ development ด้�านกายภาพัและการ

จ ด้ระบบของ embryo

Page 62: Developmental  Genetics

62

ล กษณะของ Homeobox - 75 % 79 % conserved share และ control genes อ,�นให�develop อย%างเป็�นข 1นต่อน

code ให� protein ที่*�ม* DNA-binding domain ที่*�เป็�น positively charged

มาก protei n ซึ่��งเป็�น transcription factor จะmigrate กล บไป็ใน nucleus ไป็จ บ control region ของ genes ที่*�ถู!กค์วบค์'ม

Page 63: Developmental  Genetics

63

Arrangement ของ

homeobox genes

เหม,อนก นที่ 1ง vertebrate และ invertebrate ค์,อ

เร*ยง ต่าม anterior-posterior body axis ที่*� express โด้ย genes ที่*�อย!%เร�มต่�นของ cluster เป็�น genes ที่*� express ไป็ที่างหน�า (anterior) และ

genes อย!%ส'ด้ที่�ายของ cluster ที่*� express ไป็ ที่างด้�านหล ง (posterior)

Page 64: Developmental  Genetics

64

Maternal Effect Genes

Genes ที่*� code ให� products ใน egg แล�ว ป็รมาณ ของ products กระจายจากมากไป็หา

น�อย หร,อ ที่�าให� egg ม* polarity products ม* effect ต่%อ development

ของ body parts bicoid (bcd) gene ~ กา รเกด้ anterior body parts ส%วน heads & thoraxes

Page 65: Developmental  Genetics

65

Segmentation genes

Control organization ของป็ล�องของร%างกาย segments

ftz gene พับ segment เว�น segment เป็�นpair-rule genes แสด้งออกใน embryo ระยะต่�น

engrailed gene แบ%ง embryo ออกเป็�น anterior & posterior

Page 66: Developmental  Genetics

66

Vertebrate homeoboxes DDDDDDDD ของ homeoboxes ของ แมลง

หว*�ก บของ vertebrate ค์ล�ายก นมากถู�ง95%

การจ ด้เร*ยงของ DDDDD เป็�น DDDDDDD ใน ล�าด้ บเด้*ยวก บที่*� DDDDDDD

DDDDDDDD DDDDD ที่*�อย!%ต่อนต่�นของ cl ust er s expr ess

ไป็ข�างหน�า และhomeotic DDDDD ที่*�อย!%ต่อนป็ลายของ

cl ust er s expr ess ไป็ข�างหล ง

Page 67: Developmental  Genetics

67

homeobox gene ของ vertebrate active ชำ�ากว%าและ active ที่ 1งก%อนและหล ง di ff ere

ntiation homeobox proteins ใน vertebrates

เป็�นที่ 1ง Transcription factor และ R egulator ใน development ของ emb

ryo เชำ%น - 1Pit protein

Page 68: Developmental  Genetics

68

- Pit 1 protein ใน mouse dwarf (dw) gene

ค์วบค์'ม development ของ pituitary glands ซึ่��งผลต่ growth hormone,

prolactin hormone และ - thyroid stimulating hormone

แสด้งว%า - Pit 1 ม* multiple effects ต่%อ development

ของ pituitary gland

Page 69: Developmental  Genetics

69

Devel opmental pathway House keeping genes & Luxury

genes Mosaicdevel opment vs.Regul ati ve

development Totipotency vs. Epignetics Determinants, Inducers &

Mophogens Differentiation control in Prokaryote vs. Eukaryote

- Animal: Hormone induced genes & Hormone responsive element - Plant: Light induced genes

DNA hypersensitivity, rRNA gene expression, and DNA methylation Homeotic genes & Homeobox Maternal Effect genes Segmentation genes