Wie kann Morphogenese durch Genexpression beeinflusst werden?

Die Regulation der Genexpression spielt eine entscheidende Rolle in der Morphogenese, indem die zellulären Mechanismen der Zellteilung und Zellspezialisierung gesteuert werden. Darüber hinaus wird auch das zelluläre Verhalten wie die Zellmigration, die zellulären Eigenschaften wie die Zelladhäsion sowie die Apoptose durch die Regulation der Genexpression gesteuert, wodurch die Morphogenese gefördert wird.

Morphogenese ist der biologische Prozess, durch den ein Organismus seine Form entwickelt. Sie wird durch verschiedene Zell- und Entwicklungsprozesse wie Zellteilung, Zellspezialisierung, Apoptose, Zellmigration und Zelladhäsion angetrieben. Da dieser Prozess die spezielle Verteilung eines Organismus steuert, tritt die Morphogenese hauptsächlich während der Embryonalentwicklung auf. Die Moleküle, die für die Morphogenese verantwortlich sind, sind Morphogene. Sie sind ausgeschiedene Wachstumsfaktoren, die verschiedene intrazelluläre Signalwege induzieren. Der Konzentrationsgradient von Morphogenen bestimmt das Schicksal der Zelle. Das Schicksal der Zelle wird durch die Wechselwirkungen von Morphogenen mit zellulärer DNA auf verschiedenen Ebenen bestimmt.  Der genetische Bauplan oder das Genom dieses bestimmten Organismus und der Umwelt sind zwei Faktoren, die bei der Bestimmung der Morphogenese einer bestimmten Entität beteiligt sind.

Wichtige Bereiche

1. Was ist Morphogenese?
      - Definition, Rolle, Morphogene
2. Wie kann Morphogenese durch Genexpression beeinflusst werden?
     - Regulation der Genexpression durch Morphogene

Schlüsselbegriffe: Konzentrationsgradient, Morphogenese, Morphogenes, Regulation der Genexpression, Signalwege

Was ist Morphogenese?

Morphogenese ist der Prozess der Embryonalentwicklung, durch den ein Organismus, ein Organ oder ein Gewebe seine Form entwickelt. Dies geschieht durch verschiedene zelluläre Prozesse wie Zellteilung, Zellspezialisierung, Zellmigration, Zelladhäsion und Apoptose. Es ist auch an der Organisation der Zellen im Erwachsenenalter beteiligt. Es kommt auch in einzelligen Organismen vor. Die Morphogenese in Pflanzen erfolgt hauptsächlich durch unterschiedliches Wachstum. Im Allgemeinen enthalten Pflanzen permanente morphogenetische Gewebe, deren morphogenetisches Potenzial von der Umgebung abhängt. Die Morphogenese wird durch das Senden von Signalmolekülen induziert Morphogene hergestellt von spezialisierten, benachbarten Zellen zu den generischen Zellen.  

Wie kann Morphogenese durch Genexpression beeinflusst werden?

Morphogene sind die Moleküle, die für die Morphogenese verantwortlich sind. Sie sind wasserlösliche Wachstumsfaktoren das bringt ihre Wirkung durch das Induzieren von Signalwegen. Einige Signalwege sind planare Zellpolaritäts- (PCP-, Notch-Signalisierungs-), wingless- (WNT), Sonic Hedgehog- (SHH), Bone Morphogenetic Protein- (BMP), Retinsäure- (RA) und Fibroblasten-Wachstumsfaktor (FGF) Morphogene bestimmen das Schicksal der Zelle: Diese Signalwege aktivieren letztendlich Transkriptionsfaktoren, die die Genexpression verändern. Die Regulation der Genexpression durch Zellsignalkaskaden ist in gezeigt Abbildung 1.

Abbildung 1: Regulation der Genexpression durch Zellsignalkaskaden

Zum Beispiel stimuliert der FGF-Weg Signalmoleküle wie ERK, die die Genexpression auf transkriptioneller und posttranslationaler Ebene regulieren. Der FGF-Weg ist eine Art intrazellulärer Rezeptor-Tyrosinkinase-Signalweg, der bei Bindung an Wachstumsfaktoren, Hormone und Cytokine aktiviert wird. Die Regulation der Genexpression durch den FGF-Weg ist in gezeigt Figur 2.

Abbildung 2: FGF Pathway

Daher regulieren Genregulationsnetzwerke die Genexpression und regulieren die Menge an mRNA und Proteinen in einer Zelle durch verschiedene Arten von molekularen Regulatoren, die miteinander interagieren. Die Regulation der Genexpression spielt eine entscheidende Rolle in der Morphogenese, indem die zellulären Mechanismen der Zellteilung und -spezialisierung gesteuert werden. Darüber hinaus wird auch das zelluläre Verhalten wie die Zellmigration, die zellulären Eigenschaften wie die Zelladhäsion sowie die Apoptose durch die Regulation der Genexpression gesteuert, wodurch die Morphogenese gefördert wird. Daher verursachen höhere Konzentrationen von Morphogenen einen hohen Grad an Genexpressionsregulierung, während niedrigere Konzentrationen an Morphogenen einen geringen Grad an Genexpression bewirken.

Fazit

Morphogenese ist der biologische Prozess, durch den die Form eines Tieres oder einer Pflanze bestimmt wird. Morphogene sind die extrazellulären Signalmoleküle, die von benachbarten Zellen produziert werden, um die Morphogenese generischer Zellen durch Regulation der Genexpression während der Morphogenese zu fördern.

Referenz:

1. Basson, Albert "Signalisierung in der Zelldifferenzierung und Morphogenese." Cold Spring Harbor Perspektiven in der Biologie, Hier verfügbar.

Bildhöflichkeit:

1. "Gene Regulatory Network" (Public Domain) über Commons Wikimedia
2. "FGF Pathway tm" von Tylermiyawaki - Eigene Arbeit (CC BY-SA 4.0) über Commons Wikimedia