Übergänge sind ein Kennzeichen des Lebens. Bei ruhenden Pflanzen blühen im Frühjahr, oder wenn ein junger Erwachsener Streiks heraus auf Ihre eigenen, es gibt eine Verschiebung in der Kontrolle. Ebenso ist ein übergang während der frühen Entwicklung, wenn ein embryo durchläuft biochemischen Veränderungen, Wechsel von kontrolliert durch mütterliche Moleküle regiert durch seine eigenen Genoms. Für die erste Zeit, ein team von der Perelman School of Medicine an der University of Pennsylvania, das sich in einem embryo, dass die Aktivierung von dessen Genom nicht alles auf einmal passieren, sondern es folgt einem bestimmten Muster gesteuert in Erster Linie durch die verschiedenen Größen der Zellen.

Die Forscher veröffentlichten Ihre Ergebnisse diese Woche als Titelgeschichte in Developmental Cell.

In einem frühen embryo durchläuft bei der Zellteilung, maternal geladenen RNA und Proteine regulieren den Zellzyklus. Das Genom der zygote — ein Begriff, der für das befruchtete ei — zunächst in den Schlaf-Modus. Jedoch, an einem Punkt in der frühen Leben des Embryos, diese zygotic Kerne „wake up“ und Ausdruck von deren Genome nimmt biochemischen Kontrolle über die anschließende Entwicklung eines Embryos. Aber, wie ein embryo „erkennt“, wenn zu Unterziehen, dieser übergang hat, blieb unbekannt.

„Wie ein embryo ‚Hände über‘ Kontrolle der Entwicklung von der Mutter auf das zygote ist eine fundamentale Frage in der Entwicklungsbiologie“, sagte senior-Autor Matthew C. Gut, PhD, assistant professor für Zell-und Entwicklungsbiologie und Biotechnologie. „Früher war es nicht erwünscht, dass die verschiedenen Regionen des Vertebraten-embryo kann sich Genom-Aktivierung in verschiedenen Zeiten, oder, wie direkt die Zellgröße reguliert das Erwachen einer zygote Genoms.“

Verschiedene Hypothesen angeboten wurden in den letzten 40 Jahren zu erklären, wie ein embryo unterscheidet, wenn zum aktivieren des neuen Genoms der einzelnen Zellen innerhalb der zygote, aber es war das Penn-team, genagelt, den Mechanismus und beantwortet diese wichtige Frage.

Mit single-cell-imaging von Embryonen vom afrikanischen Krallenfrosch (Xenopus laevis), Sie fanden, dass die Größe der Zelle wurde der key-parameter für die start-Genom-Aktivierung in zygotes. Zellen müssen erreichen, einen Schwellenwert für die Größe zu initiieren large-scale Transkription Ihrer eigenen Proteine. Durch das erzeugen von Miniatur-Embryonen, die das team gezeigt, dass Veränderungen in der Größe der Zelle die Kontrolle der Zeitpunkt der Genom-Aktivierung.

Die Ergebnisse dieser Studie haben eine Reihe von wichtigen Konsequenzen für das grundlegende Verständnis, wie sich ein embryo entwickelt in den ersten Tagen und für den Bereich der Entwicklungsbiologie im Allgemeinen. Das Penn-team glaubt, dass diese Entdeckung könnte haben Auswirkungen darauf, wie andere Forscher-Ansatz Ihre eigene Forschung auf Genom-Aktivierung und das screening auf mütterliche Faktoren, die notwendig sind, um die Kontrolle der Genauigkeit der frühen embryo-Entwicklung.

„Erkenntnisse zu gewinnen, zygotic transcription sollte gemessen werden an einer Einzel-Zell-Niveau“, sagt der erste Autor Hui Chen, PhD, ein postdoctoral fellow in einem Guten Labor. „Dieser Ansatz hat uns geholfen, nicht übersehen werden, dass der Einfluss der räumlichen Organisation des Embryos Zellen auf die maternal-zygotic-transition.“

Die „Entscheidung“ zu initiieren, die zygote, das Genom erfolgt auf der Ebene einzelner Zellen, nicht aber der gesamte embryo, was sich geändert hat die Penn-team die Sicht auf den Entwicklungsprozess. „Die Evolution hat kooptiert Größe der Zelle als ein regulatorischer Mechanismus zur Kontrolle ein Kritischer übergang in der embryonalen Entwicklung, einem Paradigma, das können zu erweitern, um andere Bereiche der Biologie, in der Zelle, die Größe variiert“, sagte Gut. Er und Chen plan, diese Arbeit fortzusetzen, die durch Messung der Genom-Aktivierung in Zebrafisch und Mäusen, um zu sehen, ob diese neue Sichtweise gilt in anderen Arten.

Diese Arbeit war Teil unterstützt durch die Burroughs Wellcome Fund, Charles E. Kaufman-Stiftung, die March of Dimes und der National Institution of General Medical Sciences (R35GM12874).

Penn co-Autoren auf diesem Papier sind Shawn C. Wenig, PhD, assistant professor für Zell-und Entwicklungsbiologie.