ERK1/2는 나선 절단의 조상 조직 신호입니다.

Nature Communications 13권, 기사 번호: 2286(2022) 이 기사 인용

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동물 발달은 세포의 운명이 유도 신호 또는 모계 결정 요인을 통해 지정되는지 여부에 따라 조건부 발달과 자율 발달로 분류됩니다. 그러나 이 두 가지 주요 발달 모드가 어떻게 진화했는지는 아직 불분명합니다. 연체동물과 환형동물을 포함한 15개의 무척추동물 그룹의 조상인 고정관념적인 배발생인 나선형 분열 동안 대부분의 계통은 세포 운명을 조건부로 지정하는 반면, 일부 계통은 일차 축 운명을 자율적으로 정의합니다. 이러한 변화를 주도하는 메커니즘을 확인하기 위해 우리는 초기 분기 조건부 환형동물인 Owenia fusiformis를 연구합니다. Owenia에서 ERK1/2 매개 FGF 수용체 신호 전달은 내배엽 전구 세포를 지정합니다. 이 세포는 조직자 역할을 하여 이웃 세포의 중배엽 및 후배엽 운명을 유도하고 전방 신호를 억제합니다. Owenia에서 ERK1/2의 조직 역할은 연체동물과 공유되지만 자율 환형동물과는 공유되지 않습니다. 함께, 이러한 발견은 ERK1/2+ 배아 조직자의 조건부 사양이 나선형 분열의 조상이며 자율 발달을 통해 환형 계통에서 반복적으로 손실되었음을 시사합니다.

보다 제한된 발달 운명(예: 내배엽, 신경외배엽 및 중배엽)에 대한 첫 번째 배아 세포의 투입은 신체 계획의 확립으로 이어지고 후속 발달에 영향을 미치는 동물 배아 발생의 중추적인 단계입니다1,2,3. 이러한 초기 공간 조직을 정의하기 위해 동물 배아는 조건부, 유도 세포-세포 상호 작용과 세포 자율 모계 결정 요인의 비대칭 상속을 결합합니다. 종종 이러한 발달 전략 중 하나가 우세하므로 동물 배아 발생은 조건부 또는 자율로 정의됩니다. 진화하는 동안 동물 계통은 세포 운명 지정의 두 가지 주요 모드 사이에서 전환되었습니다5. 그러나 이러한 발달 전환이 어떻게 발생하는지 불분명합니다. 이는 세포 운명 지정 변화의 원인을 식별하기 어렵게 만드는 초기 배발생(예: 절단 패턴6,7)의 추가 변이와 종종 일치하기 때문입니다.

나선형 분열은 연체동물과 환형동물을 포함하여 Spiralia 내의 무척추동물 그룹에서 발견되는 4세포 단계부터 사선 세포 분열이 교대로 반복되는 것을 특징으로 하는 고대의 고정관념적인 초기 발달 프로그램입니다8,9(그림 1a). 나선형 분열 배아는 각각 대략 왼쪽, 복부, 오른쪽 및 등쪽 신체 측면에 해당하는 A~D라는 4개의 배아 사분면 주위에 세포 운명을 구성합니다8,9. 나선형 분열은 종종 자율적 발달의 교과서적 사례로 묘사되지만2,4 나선형 분열 배아는 분열 프로그램과 배아 세포 계통의 전반적인 보존에 영향을 주지 않고 조건부로 또는 자율적으로 축 방향 정체성을 지정합니다8,9,10(그림 1). 1b). 세포 운명 지정의 조건부 모드에서 동물 극의 세포와 ~ 32-64 세포 단계의 하나의 식물성 할구 사이의 유도 신호는 후자를 등쪽 D 운명에 맡깁니다. 이 세포는 배아 조직자 역할을 하여 이웃 세포에게 특정 운명을 지시하고 동물 신체 계획을 수립합니다(그림 1b). 이러한 나선형 분열 방식은 널리 퍼져 있으며 Spiralia11,12,13의 조상일 가능성이 높습니다(그러나 대체 가설14은 Dohle 참조)(그림 1c). 그러나 일부 연체동물과 환형동물 계통은 4세포 단계 배아에서 모체 결정인자를 하나의 할구에 대한 비대칭 분리를 통해 축 정체성을 지정합니다(그림 1b). 이 할구는 등쪽 D 운명을 채택하고 그 후손 중 하나가 배아 조직자 역할을 하게 됩니다. 따라서 나선형 절단 동물에서 조건부 및 자율 발달 모드의 존재는 동물 배아에서 세포 운명 지정 전환을 뒷받침하는 세포 및 분자 메커니즘을 식별하는 이상적인 시스템입니다. 그러나 나선형 분열을 조절하는 메커니즘과 확장하여 발달 모드의 스위치는 잘 알려져 있지 않습니다.

1.5 or <−1.5 (Supplementary Data 1). PCAs and hierarchical clustering were plotted using ggplot2 and pheatmap R packages, respectively. Volcano plots were obtained with the package EnhancedVolcano, available in R. Candidate genes for further gene expression analyses were selected based on being differentially expressed in both drug treatments (U0126 and BFA) or highly differentially expressed at 5.5 hpf in U0126 treated embryos. We further refined our selection based on Gene Ontology (GO) categories (Supplementary Data 2), focusing on transcription factors and developmental genes (Supplementary Table 6)./p>50,000 cells from 850–900 coeloblastula at 5 hpf. Briefly, cells were dissociated and lysed in ice cold ATAC lysis buffer (10 mM Tris-HCl pH 7.5, 10 mM NaCl, 3 mM MgCl2, 0.1% (v/v) IGEPAL, 0.1% (v/v) Tween-20, 0.01% (v/v) Digitonin) with the gentle use of a pestle and incubated on ice for 3 min. After a quick wash with ice cold PBS and further resuspension in ice cold ATAC lysis buffer, the lysis reaction was stopped with ice cold ATAC wash buffer (10 mM Tris-HCl pH 7.5, 10 mM NaCl, 3 mM MgCl2, 0.1% (v/v) Tween-20) and mixed by gently inverting the tube three times. The nuclei were then pelleted by centrifugation at 500 g for 10 min at 4 °C in a fixed-angle centrifuge and chromatin tagmentation and library preparation was performed following the Omni-ATAC protocol68. Read mapping and peak calling was performed as described elsewhere33, and transcription factor motif enrichment and footprinting at chromatin accessible regions was performed with HOMER v.4.1169 and TOBIAS v.0.12.070, respectively, using tracks of reproducible peaks between replicates (p < 0.05) available at Gene Expression Omnibus with accession number GSE184126 and a public repository (https://github.com/ChemaMD/OweniaGenome). Genomic tracks were plotted with pyGenomeTracks v.2.171./p>

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