Bilgi

Lütfen bir gen izoformunun ne olduğunu sıradan terimlerle açıklayın?

Lütfen bir gen izoformunun ne olduğunu sıradan terimlerle açıklayın?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ben eğitimle fizikçiyim, ancak şimdi hesaplamalı biyoloji araştırması yapıyorum. Genlerin, DNA'nın, proteinlerin, enzimlerin, intronların ve ekzonların ne olduğunu biliyorum. DNA'nın ribozomlar tarafından protein üretmek için kullanılan RNA'yı oluşturmak için nasıl kullanıldığını anlıyorum. Biyoloji ve genetik bilgim bu kadar.

Öyleyse, birisi bir gen izoformunun ne olduğunu sıradan terimlerle açıklayabilir mi? Burada ilgili bir soru var ve wikipedia'nın bir açıklaması var. Ancak, benim için önemli bir jargon engeli var.


Gen izoformları, tek bir genden sentezlenebilen tüm farklı RNA'lardır. Farklı intron ve ekson kombinasyonlarını kullanarak aynı diziden farklı mRNA'lar elde etme sistemleri olan ek varyantlarına atıfta bulunuyor olabilirsiniz.


(kaynak: riken.jp)

Wikipedia makalenizi tercüme etmek: Gen izoformları, translasyonun başladığı yere (protein sentezi) göre değişebilen, kodlama bölgesinde farklı dizilere sahip (böylece farklı proteinler, bazen farklı fonksiyonlara sahip) veya farklı translasyona sahip olmayan bir genden elde edilebilen farklı RNA ürünleridir. bölgeler, UTR (dizinin mRNA'da çevrilmeyen çıkıntıları). UTR ikincil yapıları genellikle bir RNA'nın bozunma hızını kontrol ettiğinden, bu son fark, UTR, normalde hücre içinde farklı stabiliteye yol açar.

Umarım yardımcı olur


ABDOMEN/ABDOMINAL diyaframın altında mide, bağırsaklar, karaciğer ve diğer organları içeren vücut boşluğu
ABSORB sıvıları alır, içeri alır
ASİDOZ, kanın normalden daha fazla asit içermesi durumu
ACUITY netlik, keskinlik, esp. görme ve solunum yolları
AKUT yeni, yakın zamanda, ani, acil
ADENOPATİ şişmiş lenf düğümleri (bezler)
ADJUVANT yardımcı, yardımcı, yardımcı, destekleyici
ADJUVANT TEDAVİ ilave tedavi (genellikle standart bir tedaviye)
Bakterileri ve diğer mikropları öldüren ANTİBİYOTİK ilaç
Bakterileri ve diğer mikropları öldüren ANTİMİKROBİYAL ilaç
Bazı virüslerin büyümesine karşı çalışan ANTİRETROVİRAL ilaç
ADVERS ETKİ yan etki, kötü tepki, istenmeyen tepki
ALERJİK REAKSİYON döküntü, kurdeşen, şişme, nefes almada zorluk
AMBULAT/AMBULASYON/AMBULATUAR yürüyüş, yürüyebilme
ANAFİLAKSİ ciddi, potansiyel olarak yaşamı tehdit eden alerjik reaksiyon
ANEMİ kırmızı kan hücrelerinde azalma Düşük alyuvar kan sayımı
ANESTEZİK Ağrı hissini azaltmak veya sizi uyutarak ağrı hissini ortadan kaldırmak için kullanılan bir ilaç veya ajan
Kalbe yeterince kan gitmemesinden kaynaklanan ANGINA ağrısı
ANGINA PECTORIS Kalbe yeterince kan gitmemesi sonucu ortaya çıkan ağrı
Kişinin yemek yemediği ANOREKSİ bozukluğu iştahsızlık
Önkolun iç tarafı ile ilgili ANTEKUBİTAL
ANTİKOR proteini vücutta yabancı bir maddeye tepki olarak üretilir.
Nöbetleri önlemek için kullanılan ANTİKONVÜLSAN ilaç
ANTILIPEMIC, kandaki yağ seviyelerini düşüren bir ilaç
ANTİTUSSİF öksürüğü gidermek için kullanılan bir ilaç
ARİTMİ anormal kalp atışı Normal kalp atışından herhangi bir değişiklik
ASPİRASYON sıvının akciğerlere girmesi, örneğin kusma sonrası
TEST laboratuvar testi
DEĞERLENDİRME hakkında bilgi edinmek, ölçmek, değerlendirmek, bakmak
Nefes almayı zorlaştıran hava yollarının daralmasıyla ilişkili ASTIM akciğer hastalığı
Semptomsuz asemptomatik
koltuk altı

BENIGN kötü huylu değildir, ciddi sonuçları yoktur
günde iki kez TEKLİF
CİLT/BOUND tarafından taşınan, birbirine yapışmak için taşınan, taşınan
BİYOUYGULANABİLİRLİK Bir ilacın veya başka bir maddenin vücut tarafından kullanılabilir hale gelme derecesi
KAN PROFİLİ serisi kan testleri
BOLUS aynı anda büyük miktarda verilir
KEMİK KİTLE Belirli bir kemik miktarındaki kalsiyum ve diğer minerallerin miktarı
BRADYARRHYTHMIAS yavaş, düzensiz kalp atışları
BRADİKARDİ yavaş kalp atışı
BRONKOSPAZM Hava yollarının daralmasından kaynaklanan solunum sıkıntısı

KARSİNOJENİK kansere neden olan
KARSİNOMA kanser türü
Kalp ile ilgili KARDİYAK
KARDİOVERSİYON elektrik çarpması ile normal kalp atışına döner
KATETER sıvıları çekmek veya vermek için bir tüp
KATETER, omuriliğin yanına yerleştirilen ve ameliyat sırasında anestezi (kalıcı epidural) için kullanılan bir tüp
MERKEZİ SİNİR SİSTEMİ (MSS) beyin ve omurilik
Beyinde serebral travma hasarı
DURDURMA durdurma
KKH koroner kalp hastalığı
KEMOTERAPİ, hastalığın, genellikle kanserin kimyasal ajanlarla tedavisi
KRONİK uzun süredir devam ediyor, devam ediyor
KLİNİK tıbbi bakımla ilgili
KLİNİK DENEME, insan denekleri içeren bir deney
COMA bilinçsiz durum
TAM MÜDAHALE Hastalığın tamamen kaybolması
KONJENİTAL doğumdan önce mevcut
KONJUNKTİVİT gözü kaplayan ince zarın kızarıklığı ve tahrişi
KONSOLİDASYON AŞAMASI Remisyonu kalıcı hale getirmeyi amaçlayan tedavi aşaması (indüksiyon aşamasını takip eder)
Deneysel tedavi veya prosedürün standart (kontrol) bir tedavi veya prosedürle karşılaştırıldığı KONTROLLÜ DENEME araştırma çalışması
KOOPERATİF GRUBU, klinik araştırmaları gerçekleştirmek için birden fazla kurumun birleşmesi
Kalbi besleyen kan damarlarıyla veya kalbin kendisiyle ilgili KORONER
CT SCAN (CAT) bilgisayarlı röntgen serisi (bilgisayarlı tomografi)
Enfeksiyon veya enfeksiyona neden olabilecek organizmalar için KÜLTÜR testi
KÜMÜLATİF baştan birlikte eklendi
cilt ile ilgili KÜTANE
CVA inme (serebrovasküler kaza)

Deri ile ilgili DERMATOLOJİK
Kan basıncı okumasında DİYASTOLİK daha düşük sayı
DITAL uca doğru, vücudun merkezinden uzağa
DİÜRETİK "su hapı" veya idrara çıkma artışına neden olan ilaç
Teşhis veya test için ses dalgalarını kullanan DOPPLER cihazı
Ne araştırmacıların ne de süjelerin deneğin hangi ilacı veya tedaviyi aldığını bilmediği ÇİFT KÖR çalışma
DISFUNCTION hatalı fonksiyon durumu
DİSPLAZİ anormal hücreler

EKOKARDİOGRAM kalbin ses dalgası testi
Ödem dokuda fazla sıvı toplanması
EEG elektrik beyin dalgası izleme (elektroensefalogram)
VERİMLİLİK etkinliği
ELEKTROKARDİYOGRAM kalp atışının elektriksel takibi (EKG veya EKG)
ELEKTROLİT DENGESİZLİĞİ Kandaki mineral dengesizliği
emezis kusma
Deneyime dayalı AMPİRİK
ENDOSKOPİK MUAYENE Vücudun bir iç bölümünün ışıklı tüp ile ENTERAL bağırsaklar yoluyla incelenmesi
EPIDURAL omurilik dışında
ERADICATE kurtulmak (hastalık gibi) Sayfa 2 / 7
DEĞERLENDİRİLDİ, DEĞERLENDİRİLDİ, tıbbi bir durum için muayene edildi
HIZLANDIRILMIŞ İNCELEME Tam komite onayı olmadan, belirli düşük riskli araştırma çalışmalarında izin verilen bir protokolün IRB Başkanı tarafından hızlı bir şekilde gözden geçirilmesi
DIŞ vücut dışında
Kan damarı gibi planlı bir alanın dışına sızmak için EXTRAVASATE

FDA ABD Gıda ve İlaç Dairesi, federal hükümetin yeni ilaçları onaylayan dalı
Skar dokusu gibi birçok lif içeren LİF
FİBRİLASYON Kalbin veya diğer kasların düzensiz atışı

GENEL ANESTEZİ Ameliyat sırasında olduğu gibi bilinç kaybına neden olacak ilaçlar vererek ağrının önlenmesi
GESTASYONEL gebelikle ilgili

Kandaki kırmızı kan hücrelerinin HEMATOKRİT miktarı
HEMATOMA bir çürük, siyah ve mavi bir iz
HEMODİNAMİK ÖLÇÜM kan akışının ölçülmesi
Kırmızı kan hücrelerinde hemoliz yıkımı
Kanın pıhtılaşmaması için kola kan sulandırıcı ile yerleştirilen HEPARIN LOCK iğnesi
HEPATOMA kanseri veya karaciğer tümörü
Çocuğuna bulaşabilen ve gelecekteki çocukların zarar görmesine neden olan kalıtsal hastalık
Vücut dokularının veya hücrelerinin hastalık durumuyla ilgili HİSTOPATOLOJİK
HOLTER MONITOR, kalp atışlarını kaydetmek için taşınabilir bir makine
HİPERKALSEMİ Yüksek kan kalsiyum seviyesi
HİPERKALEMİ Yüksek kan potasyum seviyesi
HİPERNATREMİ yüksek kan sodyum seviyesi
HİPERTANSİYON Yüksek tansiyon
HİPOKALSEMİ Düşük kan kalsiyum seviyesi
HİPOKALEMİ Düşük kan potasyum seviyesi
HİPONATREMİ Düşük kan sodyum seviyesi
HİPOTANSİYON düşük tansiyon
HİPOKSEMİ Kanda oksijen azalması
HİPOKSİ Vücut dokularına ulaşan oksijenin azalması
HİSTEREKTOMİ Rahim, yumurtalıklar (dişi cinsiyet bezleri) veya hem rahim hem de yumurtalıkların cerrahi olarak çıkarılması

Bir doktor veya tedavinin neden olduğu IATROJENİK
IDE araştırma cihazı muafiyeti, onaylanmamış yeni bir tıbbi cihazı test etme lisansı
Nedeni bilinmeyen İDİYOPATİK
BAĞIŞIKLIK savunması, korunma
İMMUNOGLOBİN antikor yapan bir protein
Vücudun bağışıklık (koruyucu) tepkisine karşı çalışan, genellikle transplantasyon ve bağışıklık sistemi bozukluğundan kaynaklanan hastalıklarda kullanılan İMMUNOSUPRESSİF ilaç
İMMÜNOTERAPİ Vücudun bağışıklık (koruyucu) sistemine yardımcı olacak ilaçların verilmesi genellikle kanser hücrelerini yok etmek için kullanılır
BOZULMUŞ İŞLEV anormal işlev
Vücuda yerleştirilen İMPLANT
IND araştırma amaçlı yeni ilaç, onaylanmamış yeni bir ilacı test etme lisansı
BAŞLANGIÇ AŞAMASI Bir tedavinin başlangıç ​​aşaması veya aşaması
ENDÜSTRASYON sertleştirme
Kateter gibi belirli bir yerde KALMA
Enfarktüste kanlanma olmaması nedeniyle doku ölümü
BULAŞICI HASTALIK Bir kişiden diğerine bulaşan hastalık
İLTİHAP Genellikle ağrılı, kırmızı ve sıcak olan şişlik
İNFÜZYON Bir maddenin vücuda, genellikle bir kateter vasıtasıyla kana yavaş enjeksiyonu
YUTMA Ağızdan yemek yeme
Virüslere karşı etkili olan INTERFERON ilacı antiviral ajan
ARALIKLI (düzenli veya düzensiz) iki zaman noktası arasında tekrar tekrar durma ve yeniden başlama
vücut içinde İÇ
İÇ vücudun içinde
Kas içinde kas içine INTRAMUSKÜLER
Karın boşluğuna INTRAPERİTONEAL
Omurilik sıvısına INTRATECAL
Damar yoluyla İNTRAVENÖZ (IV)
Mesanede İNTRAVEZİK
Hava yoluna bir tüpün yerleştirilmesi
İNVAZİF PROSEDÜR deriyi delmek, açmak veya kesmek
ARAŞTIRMALI YENİ İLAÇ (IND) FDA tarafından onaylanmamış yeni bir ilaç
ARAŞTIRMA YÖNTEMİ Faydası kanıtlanmamış veya standart bakım olarak kabul edilmemiş bir tedavi yöntemidir.
İSKEMİ bir dokudaki oksijeni azalttı (genellikle kan akışının azalması nedeniyle)

LAPAROTOMİ, doktorun iç organlara bakmasını sağlamak için karın duvarında bir kesi yapılan cerrahi işlemdir.
LEZYON yara veya yaralanma hastalıklı bir cilt yaması
LETARJİ uyku hali, yorgunluk
Lökopeni düşük beyaz kan hücresi sayısı
LİPİD yağ
LİPİD İÇERİĞİ Kandaki yağ içeriği
LİPİD PROFİLİ (PANEL) kandaki yağ ve kolesterol seviyeleri
LOKAL ANESTEZİ Vücudun küçük, lokal bir bölgesinde ağrıya karşı duyarsızlık yaratılması, genellikle uyuşturma ilaçlarının enjeksiyonu ile
YERELLEŞTİRİLMİŞ bir alanla sınırlı, bir alanla sınırlı
LUMEN bir organ veya tüpün boşluğu (örneğin kan damarı)
LENFANGİOGRAFİ Lenf damarlarına (örneğin ayaklarda) boya enjekte edildikten sonra lenf düğümlerinin veya dokularının röntgeni
LENFOSİT enfeksiyona karşı bağışıklıkta (korumada) önemli olan bir tür beyaz kan hücresi
LENFOMA, lenf düğümlerinin (veya dokularının) kanseri

HASTALIK Belirsiz bir bedensel rahatsızlık hissi, kendini kötü hissetme
Bir şeyin düzgün çalışmadığı ARIZA durumu
Malignansi kanser veya diğer giderek büyüyen ve yayılan tümör, başarılı bir şekilde tedavi edilmezse genellikle ölümcül
MEDULLABLASTOM bir tür beyin tümörü
Kırmızı kan hücrelerinde MEGALOBLASTOZ değişikliği
METABOLİZE Enerji elde etmek için hücrelerdeki maddelerin parçalanması süreci
METASTAZ Kanser hücrelerinin vücudun bir bölümünden diğerine yayılması
METRONİDAZOLE, parazitlerin (vücutta yaşamayı sürdüren istilacı organizmalar) veya diğer anaerobik enfeksiyon nedenlerinin (hayatta kalmak için oksijen gerektirmeyen) neden olduğu enfeksiyonları tedavi etmek için kullanılan ilaçtır.
MI miyokard enfarktüsü, kalp krizi
MİNİMAL hafif
MİNİMİZE EDİN Mümkün olduğunca azaltın Sayfa 4 / 7
MONİTÖR kontrol edin, saati dikkatlice takip edin
MOBİLİTE hareket kolaylığı
MORBIDITE istenmeyen sonuç veya komplikasyon
MORTALİTE ölüm
MOTILITY hareket etme yeteneği
MRI manyetik rezonans görüntüleme, x-ışını enerjisi yerine manyetik kullanılarak oluşturulan, vücudun içinin tanısal resimleri
MUKOZA, MUKOZ MEMBRAN Sindirim, solunum, üreme ve idrar yollarının nemli astarı
MYALGIA kas ağrıları
MYOKARDİAL kalp kasına ait
MYOKARDİAL ENFARKSİYON kalp krizi

Burun içine yerleştirilen, mideye ulaşan NASOGASTRİK TÜP tüp
NCI Ulusal Kanser Enstitüsü
NECROSIS doku ölümü
NEOPLASIA/NEOPLASM tümörü, iyi huylu veya kötü huylu olabilir
NÖROBLASTOM bir sinir dokusu kanseri
NÖROLOJİK sinir sistemi ile ilgili
Beyaz kan hücrelerinin ana kısmında NÖTROPENİ azalması
NIH Ulusal Sağlık Enstitüleri
NİNVAZİV deriyi kırmaz, kesmez veya deriye girmez
Hastanede bulunan NOSOCOMIAL

OKLÜZYON kapanma tıkanıklığı tıkanıklığı
ONKOLOJİ tümör veya kanser çalışması
OPTALMIC gözle ilgili
OPTİMAL en iyi, en uygun veya arzu edilen
SÖZLÜ YÖNETİM ağızdan
ORTOPEDİK kemiklerle ilgili
OSTEOPETROZ yoğun kemik ile karakterize nadir görülen kemik hastalığı
OSTEOPOROZ kemiklerin yumuşaması
YUMURTALIKLAR kadın cinsiyet bezleri

Enjeksiyonla verilen PARENTERAL
AÇIK olma durumu
PATOGENEZ bir hastalığın veya sağlıksız bir durumun gelişimi
cilt yoluyla PERKÜTAN
ÇEVRESEL merkezi değil
PER OS (PO) ağızdan
FARMAKOKİNETİK Vücudun bir ilacı emme, dağıtma ve ondan kurtulma şeklinin incelenmesi
FAZ I, insanlarda eylem, güvenlik ve uygun dozlamayı belirlemek için yeni bir ilacın çalışmasının ilk aşaması
FAZ II, belirli kullanımlar için ilacın güvenliği ve etkinliği hakkında bilgi toplamayı amaçlayan, insanlarda yeni bir ilacın çalışmasının ikinci aşaması
FAZ III, belirli kullanımlar için yeni ilacın güvenliği ve etkinliği hakkındaki bilgileri doğrulamak ve genişletmek ve yaygın yan etkileri incelemek için büyük ölçekli çalışmalar
İlaç FDA tarafından onaylandıktan sonra yapılan FAZ IV çalışmaları, özellikle standart bakımla karşılaştırmak veya yeni kullanımlar için denemek için
PHLEBİT damar tahrişi veya iltihabı
PLACEBO inaktif madde ilaç içermeyen hap/sıvı
Aktif ilaç/tedavi içermemesine rağmen, deneklere plasebo verilmesiyle görülen PLASEBO ETKİSİ iyileştirmesi
PLATELETLER Kanda pıhtılaşmaya yardımcı olan küçük parçacıklar
POTANSİYEL mümkün
POTANSİYEL Aynı anda başka bir ilaç veya toksin vererek bir ilacın veya toksinin (zehir) etkisini artırmak veya çoğaltmak (bazen kasıtsız bir sonuç)
POTENTIATOR, başka bir aracının daha iyi çalışmasına yardımcı olan bir aracı
Doğumdan önce PRENATAL
Profilaksi, hastalık veya enfeksiyonu önlemek için verilen bir ilaçtır.
PER OS (PO) ağızdan
gerektiği gibi PRN
PROGNOZ görünümü, olası sonuçlar
Yüzüstü yatarken PRONE
İleriye dönük hastaları takip eden PROSPEKTİF ÇALIŞMA çalışması
PROTEZ yapay kısım, çoğunlukla kollar veya bacaklar gibi uzuvlar
PROTOKOL çalışma planı
Proksimal vücudun merkezine daha yakın, uçtan uzak
Akciğerlerle ilgili pulmoner

QD her gün günlük
QID günde dört kez

RADYASYON TEDAVİSİ röntgen veya kobalt tedavisi
RANDOM tesadüfen (yazı tura atmak gibi)
RANDOMİZASYON şans seçimi
RBC kırmızı kan hücresi
Yeni gen kombinasyonlarının REKOMBİNANT oluşumu
YENİDEN OLUŞTURMA, orijinal parçaları veya unsurları tekrar bir araya getirme
RECUR tekrar olur
REFRAKTER tedaviye yanıt vermiyor
REJENERASYON Bir yapının veya kayıp dokunun yeniden büyümesi
REJİM tedavi verme şekli
RELPSE bir hastalığın geri dönüşü
REMİSYON kanser veya başka bir hastalık kanıtının kaybolması
BÖBREK böbreklerle ilgili
ÇOĞALTILABİLİR çoğaltmak mümkün
RESECT cerrahi olarak çıkarın veya kesin
Geçmiş deneyimlere bakarak geriye dönük çalışma

SARCOMA bir kanser türü
SEDATIF, sakinleştirici veya daha az endişeli hale getiren bir ilaç
SEMINOMA bir tür testis kanseri (erkek cinsiyet bezlerinde bulunur)
Sırayla, sırayla
SOMBOLENCE uyku hali
SPIROMETRE, akciğerlerden alınan ve verilen havanın miktarını ölçen bir alettir.
EVRELEME hastalığın yaygınlığının değerlendirilmesi
BAKIM STANDARDI Tıp camiasının çoğunluğunun uygun gördüğü şekilde kabul edeceği bir tedavi planı
STENOZ Kalpteki kanal, tüp veya kan damarlarından birinin daralması
STOMATİT ağız yaraları, ağız iltihabı
STRATIFY, sonuçların analizi için gruplar halinde düzenleyin (örneğin, yaşa, cinsiyete göre katmanlara ayırın)
Bir yanıt almanın veya konunun dikkatini çekmenin zor olduğu STUPOR sersemlemiş hali
SUBCLAVIAN köprücük kemiğinin altında
Deri altında SUBKÜTAN
SUPINE sırt üstü yatarken
DESTEKLEYİCİ BAKIM Semptomları hedefleyen, altta yatan hastalığı iyileştirmeye veya iyileştirmeye yönelik olmayan genel tıbbi bakım
Semptomatik semptomları olan
SENDROM bir dizi semptomla karakterize bir durum
Kalbin aktif kasılması sırasında kan basıncında SİSTOLİK üst sayı

Bir fetüste malformasyonlara neden olabilen TERATOJENİK (annenin vücudunda gelişmekte olan bebek)
TESTİS/TESTİSLER erkek cinsiyet bezleri
TROMBOZ Pıhtılaşması
TROMBUS kan pıhtısı
Günde üç kez TID
TİTRASYON Bir ilacın veya çözeltinin gücüne karar vermek için dozu kademeli olarak artıran bir yöntem
T-LENFOSİT türü beyaz kan hücreleri
Yüzeyde TOPİKAL
TOPİKAL ANESTEZİ Cildin belirli bir bölgesine uygulanır ve sadece uygulandığı bölgedeki ağrıyı azaltır.
TOKSİSİTE yan etkileri veya bir ilaç veya tedavinin istenmeyen etkileri
Deri yoluyla TRANDERMAL
GEÇİCİ geçici olarak
TRAVMA yaralanma yarası
Kalp fonksiyonunu test etmek için kullanılan koşu bandı yürüyüş makinesi

Bir maddenin canlı doku tarafından emilmesi ve alınması

VALVULOPLASTY bir kapakçığın, özellikle kalp kapakçığının plastik onarımı
VARİS genişlemiş damarlar
VAZOSPASM kan damarlarının daralması
VEKTÖR hastalığa neden olan mikroorganizmaları (mikroplar ve virüsler) iletebilen bir taşıyıcı
VENIPUNCTURE iğne batması, kan alma, deriye iğne ile girme
DİKEY BULAN hastalık yayılımı


Altmetric.com'dan istatistikler

İnterlökin 1 reseptör antagonisti, başlangıçta monositlerden ve makrofajlardan salgılanan bir molekül (sIL1Ra) olarak tanımlandı. sIL1Ra'nın birincil işlevi, IL1'in hücre yüzeyi reseptörlerine bağlanmasını rekabetçi bir şekilde inhibe etmek gibi görünmektedir. Bu molekülün üç hücre içi izoformu şimdi tarif edilmiştir. IL1Ra'nın hücre içi izoformlarının biyolojik rolü belirsizliğini koruyor. Bu moleküller, reseptör antagonistleri olarak işlev görmek için hücrelerden salınabilse de, IL1Ra'nın hücre içi izoformları, hücrelerin içinde ek roller üstlenebilir. Bu derleme, tanımlanan IL1Ra izoformlarının özelliklerini, bu moleküllerin biyolojideki rolünü ve IL1Ra geninin alelik polimorfizmlerinin rapor edilen hastalık ilişkilerini özetleyecektir.


Gen tedavisi

Somatik gen terapisinde, fonksiyonel DNA dizileri, spesifik bir gene sahip olmayan veya onun hatalı bir versiyonunu taşıyan hücrelere yerleştirilir.Vektörler, replikasyon kusurlu virüsleri, lipozomları ve plazmitleri içerir. Genetik materyalin viral enfeksiyon (transdüksiyon olarak adlandırılır) ile transferi için, retrovirüsler vektör olarak özellikle uygundur, çünkü ters transkriptaz ile DNA'ya dönüştürülen RNA'ları, enfekte olmuş hücrenin genomunun bir parçası haline gelir. Adenovirüs ve herpes virüsü de kullanılır. Şiddetli kombine immün yetmezlik, kistik fibroz ve hemofili B dahil olmak üzere çeşitli kalıtsal bozuklukların tedavisinde ilerleme kaydedilmiştir. Gen tedavisi, onkolojide, konakçı antitümör tepkilerini artırmak için sitokinleri veya koaktivasyon faktörlerini kodlayan genlerin habis tümör hücrelerine transdüksiyonu ve malign hücrelerin kemoterapötik ajanlara duyarlılığını arttırmak için tümör baskılayıcı genlerin, özellikle p53'ün (insan kanserlerinde bulunan en yaygın mutasyona uğramış gen) transferi. Viral vektörlerin kullanımı, ölümcül olabilen sitokinlerin aracılık ettiği lokalize ve sistemik inflamasyon riski ile ilişkilidir. Germ hattı tedavisi, spesifik genleri doğrudan sperm, yumurta veya embriyonun DNA'sına sokarak genomda kalıtsal değişiklikler meydana getirir.


TARTIŞMA

Çalışmamız, önemsiz olmayan ekleme olaylarını barındıran ve yüksek derecede plastisiteye ve protein yapısı seviyesinde büyük yeniden düzenlemelere karşı büyük bir toleransa işaret eden çok sayıda işlevsel olarak önemli, alternatif olarak eklenmiş protein ortaya koymaktadır. Bir proteinin antagonistini doğal varyantın bir izoformu olarak ifade etme olasılığı, alternatif ekleme yoluyla bir organizmanın işlevsel karmaşıklığını artırmak için sezgisel bir mekanizmayı temsil eder ve daha önce birkaç çalışmada tartışılmıştır. Bu mekanizmanın yapısal açıklaması, yerel varyantın işlevi için gerekli olan yüksek oranda korunmuş parçaların çıkarılmasına dayandırılabilir. İzoform hala yerel benzeri bir yapıya katlanabiliyorsa, yerel yapısal özellikleri taklit edebilir ve daha fazla işlemeden yerel etkileşim ortaklarıyla etkileşime girebilir. Bu nedenle, alternatif ekleme, basit, muhtemelen düzenlenmiş, genetik bir mekanizma yoluyla bir aktivatörü etkili bir inhibitöre dönüştürmek için derhal bir mekanizma sağlar.

Dizi-yapı protein alanı, farklı kıvrımları uygun benzerlikler ve farklılıklarla bağlamaya çalışır, ancak kıvrım geçişleri örnekleri nadirdir ve tipik olarak biyolojik olarak açıklanması zordur. Çalışmamız bu tür bağlantılara örnekler vermekte ve bunları basit ve yaygın bir genetik mekanizma ile açıklamaktadır. Bu nedenle, alternatif ekleme, protein uzayını haritalamak ve protein yapısının evrim mekanizması hakkında bilgi edinmek için yeni bir yaklaşım olabilir. Gelecekteki çalışmalar, alternatif ekleme bağlamında kıvrımlar içinde ve kıvrımlar arasında meydana gelen değişikliklerin yanı sıra kıvrım boşluğunu daha ayrıntılı olarak keşfetmek olacaktır. Bu nedenle, alternatif birleştirme olaylarının yapısal analizi, (12) tarafından tartışılan olaylara benzer ortak protein kat evrimi yollarını tanımlamaya ve protein aileleri içinde tolere edilebilecek olayları tanımlamaya yardımcı olabilir. Bu bilginin protein tasarımında ilginç uygulamaları olabilir.

Deneysel kanıt olmadan, şu anda yalnızca önemsiz olmayan birleştirme olaylarından kaynaklanan izoformların yapıları hakkında spekülasyon yapabiliriz. Bazı gerçekler, bu izoformların en azından bazılarının iyi tanımlanmış bir yapıya sahip olabileceğini göstermektedir. Hücrede iyi tanımlanmış bir işlevi yerine getirirler ve yerel muadillerinin özelliklerini taklit edebilirler. Ek olarak, kıvrım geçişlerinin tanımlanması, farklı kıvrımlardan yapıları benimseyebileceklerini örneklemektedir. Bununla birlikte, yapılandırılmamış olabilirler veya henüz bilinmeyen konformasyonlara katlanabilirler. Bu nedenle, bu çalışma, alternatif ekleme ile üretilen protein yapısındaki önemsiz olmayan değişiklikleri daha derinden anlamaya çalışan deneyciler için ilginç başlangıç ​​noktaları sağlayacak ve protein yapı stabilitesi ve protein kıvrım evrimi ilkeleri hakkında yeni anlayışlara yol açacaktır.

Ayrıca, ekson düzeyinde mikrodiziler gibi yakın zamanda kurulan deneysel tekniklerin, işlevsel ve bu çalışma bağlamında daha da önemlisi, alternatif eklemenin yapısal etkilerini anlamamıza önemli ölçüde katkıda bulunmasını bekliyoruz. Komple proteomları ölçen NMR teknikleri (32) ve kütle spektrometrisi (33), karmaşık organizmaların fonksiyonel çeşitliliği için alternatif eklemenin önemini doğrulamaya veya tahrif etmeye katkıda bulunacaktır.

Prensipte, alternatif ekleme, birleştirici sayıda transkript üretmek için bir mekanizma olduğundan, küçük bir kararlı yapı yüzdesi bile çok fazla sayıda yeni protein varyantı anlamına gelir. Bu nedenle, evrimin yapısal ve işlevsel çeşitlilik üretmek için alternatif birleştirmeyi kullandığına ve bu çeşitliliğin proteinlerin büyük yapısal plastisitesinden kaynaklandığına inanıyoruz. Proteom düzeyinde alternatif eklemeyi anlamak, önümüzdeki yıllarda hesaplamalı ve deneysel biyolojinin en büyük zorluklarından biri olacaktır.


Süt içmek: genlerimizde mi?

(PhysOrg.com) -- UCL bilim adamları tarafından yürütülen yeni bir araştırma, mevcut genetik verilerin dünyanın büyük bir bölümünün sütü neden sindirebildiğini açıklayamadığını buldu.

Süt şekeri laktozunu sindirme yeteneği - laktaz kalıcılığı olarak da bilinir - yaklaşık 7500 yıl önce Avrupa'da ve muhtemelen daha sonra dünyanın diğer bölgelerinde ortaya çıkan, seçici olarak avantajlı ve yakın zamanda evrimsel bir genetik özelliktir. Bu, dünyanın birçok yerinde (Afrika'nın büyük bir kısmı, Asya'nın çoğu ve Okyanusya) insanların sütten kesildikten sonra hayatlarının geri kalanında sütü sindiremeyecekleri anlamına gelir.

Ancak, yayınlanan çalışma BMC Evrimsel Biyoloji, şu anda sütü sindirme yeteneği ile ilişkili dört genetik mutasyonun, batı ve güney Afrika, güney doğu Avrupa, Orta Doğu ve güney ve orta Asya'daki birçok insanın neden sütü sindirebildiğini açıklayamadığını gösteriyor. Ayrıca sütü sindirme yeteneğine yol açan başka genetik varyantların da var olduğunu, ancak henüz keşfedilmediğini öne sürüyor.

Çalışmanın ortak yazarı Dr Yuval Itan (UCL Genetik, Evrim ve Çevre), bu çalışmanın ortaya koyduğu şeyi daha ayrıntılı olarak açıklıyor.

S: "Laktaz kalıcılığını" sıradan terimlerle açıklayabilir misiniz?

Laktaz, laktozu sindirilebilir iki birime bölen enzimdir. Bir gen tarafından üretilir ve insan (ve çoğu memeli) bebeklerde aktiftir. Çoğu insan (ve memeli) yetişkin, sütten kesildikten sonra şekerli süt laktozunu sindiremez. İnsan dünya nüfusunun azınlığı, çoğunlukla pastoralist arka plandan gelenler, laktaz kalıcıdır.

Laktaz kalıcılığı, Avrupa'daki eski Neolitik kemiklerde laktaz kalıcılığının olmadığını gösteren ortak bir çalışma ile gösterildiği gibi, evrimsel yeni bir özelliktir. Yakın tarihli bir UCL çalışması 'Avrupa'da laktaz kalıcılığının kökenleri', laktaz kalıcılığının ve sütçü gen-kültür ortak evriminin Avrupa'da yaklaşık 7500 yıl önce, Orta Avrupa/Kuzey Balkanlarda, Linearbandkeramik kültüründe ortaya çıkmış olabileceğini gösterdi.

Bununla birlikte, bu bölgelerde farklı ilişkili genetik varyantlar bulunduğundan, özelliğin Afrika ve Orta Doğu'da bağımsız olarak evrimleşmiş olması muhtemeldir. Laktaz kalıcılığı, muhtemelen zorlu Neolitik zamanlarda sağladığı çeşitli beslenme yararları nedeniyle çok yüksek bir seçici avantaja sahiptir.

Bu çalışmanın amaçları nelerdi ve son yıllarda yapılan önceki çalışmaları nasıl destekliyor?

İnsan laktaz kalıcılığı son yıllarda kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır. Genetikteki son gelişmeler, spesifik genetik mutasyonların laktaz kalıcılık özelliği ile ilişkilendirilmesine izin verdi.

Bununla birlikte, bazı popülasyonlar için genetik verilerin, çoğunlukla özelliğin yetersiz öngörülmesi nedeniyle laktaz kalıcılığını açıklamak için yetersiz olduğunu fark ettik. Örneğin, Senegal'deki Wolof etnik grubu, %51 laktaz kalıcılığı sıklığına sahiptir, ancak laktaz kalıcılığı ile ilişkili genetik verileriyle laktaz kalıcılıklarını tahmin ederken, laktaz kalıcılıklarının %0 olduğu görülecektir. Bu, keşfedilmeyi bekleyen süt şekerini sindirme yeteneği ile ilişkili daha fazla genetik varyant olduğunu öne sürdü.

Bu çalışmanın temel amacı, laktaz kalıcılığı genetik verilerinin şu anda laktaz kalıcılığını açıklamak için yetersiz olduğu bölgeleri belirlemek için dünya çapında laktaz kalıcılığı özelliği ile genotipleri (bu özelliği açıklayan çeşitli mutasyonlar) arasındaki korelasyonu araştırmaktı. Yerel popülasyonlar üzerindeki genetik çalışmaların yeni laktaz kalıcılığı ile ilişkili genetik varyantları ortaya çıkarması muhtemel bölgeleri önermenin yolu.

İlk olarak UCL çalışmasında 'Laktoz sindirimi ve laktaz kalıcılığının evrimsel genetiği'nde açıklanan laktaz kalıcılığı veritabanını kullandık ve genişlettik ve laktazın hangi coğrafi bölgelerde olduğunu kontrol etmek için başka bir UCL çalışması için geliştirilen yeni istatistiksel korelasyon metodolojisini genişlettik. kalıcılık fenotipi, laktaz kalıcılık genotipleri ile açıklanabilir. GLAD'ı (Küresel Laktaz Kalıcılık Derneği Veritabanı) sunduk ve ayrıca laktaz kalıcılık fenotipinin Eski Dünya dağılımını, genotiplerini ve ikisi arasındaki korelasyonu haritalarda görsel olarak tasvir ettik.

Araştırmanın en şaşırtıcı yönü neydi?

Genetik verilerin laktaz kalıcılığını açıklayamadığı bölgelerin geniş kapsamı şaşırtıcıydı. İyi bir örnek, laktaz kalıcılığının genetik ve fenotipik verilerinin mevcut olduğu ve ikisi arasında bir korelasyonun bulunmadığı Batı Afrika'dır. Bu aynı zamanda çok heyecan verici, çünkü bu bölgede daha fazla genetik çalışma yapmak, muhtemelen henüz bilinmeyen yeni laktaz kalıcılığı genetik varyantlarını ortaya çıkaracaktır.

Bu çalışma bize küresel anlamda laktaz kalıcılığı hakkında ne söylüyor?

Bu çalışma, dünya çapında yüzlerce farklı popülasyonda laktaz kalıcılığının sıklığını gösterir ve haritada açıkça görülebilir (bkz. aşağıdaki Şekil 1). Ayrıca, genetik verileri yalnızca dünyadaki bireylerde laktaz kalıcılığını tahmin etmek için kullanmaya çalışırken dikkatli olmamızı söyler - gösterdiğimiz gibi, genetiğin laktaz kalıcılığının fizyolojik testlerinin (nefes hidrojeni gibi) tamamen yerini alması uzun zaman alacaktır. veya kan şekeri), çünkü çeşitli popülasyonlarda laktaz kalıcılığı ile ilişkili genetik varyantlar henüz karakterize edilmemiştir.

Dünya popülasyonlarında laktaz kalıcılığının sıklığı

Bulgularınız süt içmenin sağlıklı olduğu fikriyle nasıl ilişkilidir?

Kişisel görüşüme göre, medyada süt içmek yetişkinlerin ve çocukların sağlıklı hali olarak gösterilirken, gerçek şu ki, insanların büyük çoğunluğu sütü sindiremeyen sağlıklı bireylerdir ve bu bir sağlık sorunu olarak algılanmamalıdır. sorun.

Sütle ilgili veya işlenmiş süt ürünleri (yoğurt ve peynir gibi) genellikle çiğ sütten daha düşük oranda laktaz içerir, bu nedenle bazı durumlarda laktaz kalıcı olmayan kişiler bunları sindirebilir ve bir klinisyen veya bir beslenme uzmanı verebilir. bu konuda iyi bir bireysel uyarlanmış tavsiye.

Bu çalışmanın sonuçlarına dayanarak, laktaz kalıcı olup olmadığını test etmek isteyen bireylerin genetik test yerine geleneksel fizyolojik testleri almalarını tavsiye ederim, çünkü şu anda birçok popülasyon için yeterli değil.


SONUÇLAR

Çalışmamız, yapı seviyesinde çok yüksek bir doğrulukla modellenebilen 367 Swissprot proteini ve 488 ek ekleme izoformuna dayanmaktadır. ENCODE veri seti Ref. (9), Ek Verilerde tartışılan bu proteinlerin 6'sını (Swissprot'ta açıklamalı 11 izoform ile) içerir. Şekil l'de gösterildiği gibi, olayların yaklaşık %50'si karşılık gelen protein süper ailesinin (evrimsel "izoformlar") değişken, genellikle terminal bölgelerine düşer veya tam alanları etkiler. Olayların diğer yarısını (255) açıklamak daha zordur çünkü bunlar, çekirdek ikincil yapı elemanlarının yanı sıra yüksek oranda korunmuş kalıntılar da dahil olmak üzere tüm üst aile üyelerinde korunan bölgeleri etkiler.

Dört ana kategoride 488 ekleme olayının dağılımı. Olayların %35'i ilgili süper ailenin değişken bölgelerine düşerken, %11'i çok alanlı proteinlerin tam alanlarını etkilerken, izoformların %8'i daha büyük bölgeleri (yapının %50'sinden fazlası) etkilerken, %46'sı karşılık gelenlerinin korunmuş bölgelerini etkiler. tüm üst aile üyelerinde bulunan üst aile.

Dört ana kategoride 488 ekleme olayının dağılımı. Olayların %35'i ilgili süper ailenin değişken bölgelerine düşerken, %11'i çok alanlı proteinlerin tam alanlarını etkilerken, izoformların %8'i daha büyük bölgeleri (yapının %50'sinden fazlası) etkilerken, %46'sı karşılık gelenlerinin korunmuş bölgelerini etkiler. Tüm üst aile üyelerinde bulunan üst aile.

Önemsiz olmayan ekleme olaylarının farklı kategorileri

Muhtemel kat değiştirme olayları (12) hakkındaki evrimsel düşüncelere dayanarak, bu birleştirme olaylarının farklı türlerini tanımlayan sekiz kategori tanımladık. Hidrojen bağı modellerinden dolayı, daha büyük bir β yaprağının kenarında bulunan β ipliklerinin, iç β ipliklerinden daha değişken olduğu bilinmektedir. Bu nedenle, iki kategori, periferik veya dahili β ipliklerini etkileyen olayları tanımlar. Benzer şekilde, αβ-kat sınıflarına ait proteinlerde, sıklıkla αβ-ikincil yapı motifleri etkilenme eğilimindedir ve buna göre, periferal ve dahili αβ-motiflerini içeren iki sınıf tanımladık. Ek kategoriler, korunmuş sarmal bölgeleri, korunmuş sarmalları, büyük ölçekli olayları (yapının %50'sinden fazlasını etkileyen) ve ayrıca tekrar sayısının evrimde değiştiği bilinen tekrarlayan protein yapısı ailelerini etkileyen olayları içerir. Tablo 1, farklı kategorilerdeki birleştirme olaylarının dağılımını göstermektedir.

Farklı özelliklere göre evrimsel düşüncelere dayalı olarak tanımlanan sekiz kategoride önemsiz olmayan izoformların dağılımı

. Bobin . a. β(p) . β(i) . αβ (p) . αβ(i) . Tekrarlamak . Büyük . Toplam .
Etkilenen korunan bölge (sınıf) 14 50 29 25 49 35 21 37 255
İzoform doğrulandı (protein seviyesi) 4 15 2 9 6 3 1 3 43
Tanımlanan işlev 2 7 1 5 5 3 1 2 26
Günlük Oranları: İşlev/Sınıf 0.36 0.41 −1.16 0.78 0 −0.2 −0.81 −0.67
. Bobin . a. β(p) . β(i) . αβ (p) . αβ(i) . Tekrarlamak . Büyük . Toplam .
Etkilenen korunan bölge (sınıf) 14 50 29 25 49 35 21 37 255
İzoform doğrulandı (protein seviyesi) 4 15 2 9 6 3 1 3 43
Tanımlanan işlev 2 7 1 5 5 3 1 2 26
Günlük Oranları: İşlev/Sınıf 0.36 0.41 −1.16 0.78 0 −0.2 −0.81 −0.67

(p) ve (i) levhanın iç veya çevresel konumlarında karşılık gelen p-ipliklerinin konumunu belirtir. 'Etkilenen korunan bölge' satırı, ilgili üst ailenin korunmuş bölgelerini etkileyen sayı izoformlarını görüntüler. 'İzoform onaylandı' satırı, protein düzeyinde literatürde doğrulanmış izoformları (tam liste için Ek Verilere bakın) görüntülerken, 'İşlev tanımlandı' satırı, literatürde gerçekleştirilmek üzere açıklanan farklı kategorilerdeki izoformlara atıfta bulunur. iyi tanımlanmış bir fonksiyon. 'Fonksiyon/Sınıf' satırı, farklı yapısal sınıflarda (üçüncü sıra) fonksiyonel olarak tanımlanmış izoformların log tek oranlarını, arka plan sınıf dağılımına (birinci satır) karşı içerir. 'İzoform onaylandı' ve 'Açıklanan işlev' için verilen değerlerin tüm log tek oranları, 'korunan bölgeler etkilenen' izoformlar içindeki yapısal sınıfların arka plan dağılımına karşı Ek Veriler, Şekil S1'de bulunabilir.

Farklı özelliklere göre evrimsel düşüncelere dayalı olarak tanımlanan sekiz kategoride önemsiz olmayan izoformların dağılımı

. Bobin . a. β(p) . β(i) . αβ (p) . αβ(i) . Tekrarlamak . Büyük . Toplam .
Etkilenen korunan bölge (sınıf) 14 50 29 25 49 35 21 37 255
İzoform doğrulandı (protein seviyesi) 4 15 2 9 6 3 1 3 43
Tanımlanan işlev 2 7 1 5 5 3 1 2 26
Günlük Oranları: İşlev/Sınıf 0.36 0.41 −1.16 0.78 0 −0.2 −0.81 −0.67
. Bobin . a. β(p) . β(i) . αβ (p) . αβ(i) . Tekrarlamak . Büyük . Toplam .
Etkilenen korunan bölge (sınıf) 14 50 29 25 49 35 21 37 255
İzoform doğrulandı (protein seviyesi) 4 15 2 9 6 3 1 3 43
Tanımlanan işlev 2 7 1 5 5 3 1 2 26
Günlük Oranları: İşlev/Sınıf 0.36 0.41 −1.16 0.78 0 −0.2 −0.81 −0.67

(p) ve (i) levhanın iç veya çevresel konumlarında karşılık gelen p-ipliklerinin konumunu belirtir. 'Etkilenen korunan bölge' satırı, ilgili üst ailenin korunmuş bölgelerini etkileyen sayı izoformlarını görüntüler. 'İzoform onaylandı' satırı, protein düzeyinde literatürde doğrulanmış izoformları (tam liste için Ek Verilere bakın) görüntülerken, 'İşlev tanımlandı' satırı, literatürde gerçekleştirilmek üzere açıklanan farklı kategorilerdeki izoformlara atıfta bulunur. iyi tanımlanmış bir fonksiyon. 'Fonksiyon/Sınıf' satırı, farklı yapısal sınıflarda (üçüncü sıra) fonksiyonel olarak tanımlanmış izoformların log tek oranlarını, arka plan sınıf dağılımına (birinci satır) karşı içerir. 'İzoform onaylandı' ve 'Açıklanan işlev' için verilen değerlerin tüm log tek oranları, 'korunan bölgeler etkilenen' izoformlar içindeki yapısal sınıfların arka plan dağılımına karşı Ek Veriler, Şekil S1'de bulunabilir.

Deneysel olarak doğrulanmış ve işlevsel olarak karakterize edilmiş izoformlar için literatür araştırması

Swissprot'taki izoformlara açıklamalı biyolojik literatür, değerli bir bilgi kaynağı sağlar. Swissprot, proteinlere yalnızca deneysel olarak doğrulanmış olmaları durumunda açıklama eklerken, bu, büyük ölçekli EST veya cDNA deneylerinden kaynaklanabilecek karşılık gelen izoformları için geçerli olmamalıdır. Bu nedenle, çoğu izoform sadece mRNA düzeyinde deneysel olarak doğrulanırken, izoformun protein ürünleri ilgili çalışmada araştırılmamıştır. Bununla birlikte, önemsiz olmayan 255 izoformdan 43'ü (%17) protein düzeyinde deneysel olarak doğrulanmıştır ve 26 izoform için (%10) eklenmiş varyantın işlevi tanımlanmıştır. Şaşırtıcı bir şekilde ve önceki bulguların aksine, sekiz kategorimizin tümünde (Tablo 1) işlevsel olarak önemli ve iyi karakterize edilmiş izoformlar için literatür kanıtı bulduk, bu da büyük ölçekli olayların bile işlevsel ve ilginç protein ürünlerine yol açabileceğini gösteriyor. Tüm literatür referanslarının ve izoformların tam listesi Ek Verilerde verilmiştir. Aşağıda, farklı kategorilerden bazı ilginç izoformları inceleyeceğiz.

Bir proteinin bir terminal bölgesinin alternatif eklenmesi

Veri kümemizdeki birçok ekleme olayı, bir protein yapısının amino veya karboksi terminal kısımlarını değiştirir, bunlar daha değişkendir ve bir protein ailesinin üyeleri arasında önemli ölçüde farklılık gösterir. Ekleme olayının karşılık gelen protein ailesinde gözlemlenen değişkenlikle açıklanabileceği örneklerden biri, mitojenle aktive olan kinaz (MAPK) ailesinin bir üyesi olan insan proteini p38a'da (Q16539) bulunur. Bu proteinler, birkaç sinyal iletim yolunun ayrılmaz parçalarıdır ve önemli roller oynadıkları bilinmektedir; hücrenin stres tepkisinde. p38α için, çeşitli ekleme varyantları kamuya açık veritabanlarında açıklanmıştır ve iyi çalışılmış ekleme varyantları arasında Mxi2 (Q16539-3) ve Exip (Q16539-4) olarak bilinen ve karşılaştırıldığında her ikisi de karboksi-terminal uçlarının büyük kısımlarında farklılık gösteren iki protein bulunur. p38α'ya. Ayrıca, faredeki homolog bir protein için benzer bir ekleme olayı açıklanmıştır (P47811-2).Exip (20) için açıklamalı ekleme olayı, protein yapısından 46 tortuyu kaldırır, ayrıca, olay tarafından getirilen bir çerçeve kayması nedeniyle 52 tortu, dizilimlerinde farklılık gösterir (Şekil 2a). Bu, yukarı akış kinazlar ve aşağı akış substratları ile etkileşime girmek için kullanılan iyi korunmuş bir etkileşim alanının kaybıyla sonuçlanır. Bu, proteinin hedef alınmadığı gerçeğine yol açar. MKK6 artık değil. Hücrede izoformun ekspresyonu, daha erken bir apoptoz başlangıcına yol açar ve p38a tarafından hedeflenenlerden farklı sinyal iletim yollarını hedef alıyor gibi görünmektedir (20). Exip örneğinde, ekleme olayı aslında protein ailesinin daha değişken bir bölümünü hedefler (SCOP süper ailesi d.144.1). Karboksi-terminal kısmından yoksun olan yapıların kararlı konformasyonlara katlandığı bilinmektedir.

Yapı düzeyinde alternatif ekleme olaylarının görselleştirilmesi. Değiştirmeler yeşil, silmeler kırmızı renkle gösterilir. Tüm rakamlar PyMOL ( http://www.pymol.org ) kullanılarak oluşturulmuştur. (a) MK14_HUMAN'dan (Q16539-4, pdb: 1zzlA) karboksi terminal kısmının çıkarılması, (B) PPAC_HUMAN'da bir dış iplik ve sarmal motifin çıkarılması (P24666-3, pdb: 5pnt), (C) TF65-HUMAN (Q04206-3, pdb 1nfi) içindeki bir iç ipliğin çıkarılması, (NS) proteinin büyük bir kısmının TIP30_HUMAN'dan çıkarılması (Q9BUP3-2, pdb: 2bkaA), (e) CASP9_HUMAN'da (P55211-2, pdb: 1nw9B) birkaç ipliğin çıkarılması, (F) ve (G) WDR1_CAEEL (Q11176-2: pdb: 1pevA) ve CD2A1_HUMAN'dan (P42771-2, pdb 2a5e) tekrarlayan motiflerin çıkarılmasının yanı sıra (H) CHIA_HUMAN'da TIM varil yapısının yarısının kaldırılması (Q9BZP6-3, pdb: 1vf8A). Protein yapılarına eşlenen alternatif ekleme olaylarının kapsamlı bir veritabanı şu adreste bulunabilir: http://www.bio.ifi.lmu.de/ProSAS/NARSupplement.html.

Yapı düzeyinde alternatif ekleme olaylarının görselleştirilmesi. Değiştirmeler yeşil, silmeler kırmızı renkle gösterilir. Tüm rakamlar PyMOL ( http://www.pymol.org ) kullanılarak oluşturulmuştur. (a) MK14_HUMAN'dan (Q16539-4, pdb: 1zzlA) karboksi terminal kısmının çıkarılması, (B) PPAC_HUMAN'da bir dış iplik ve sarmal motifin çıkarılması (P24666-3, pdb: 5pnt), (C) TF65-HUMAN (Q04206-3, pdb 1nfi) içindeki bir iç ipliğin çıkarılması, (NS) proteinin büyük bir kısmının TIP30_HUMAN'dan çıkarılması (Q9BUP3-2, pdb: 2bkaA), (e) CASP9_HUMAN'da (P55211-2, pdb: 1nw9B) birkaç ipliğin çıkarılması, (F) ve (G) WDR1_CAEEL (Q11176-2: pdb: 1pevA) ve CD2A1_HUMAN'dan (P42771-2, pdb 2a5e) tekrarlayan motiflerin çıkarılmasının yanı sıra (H) CHIA_HUMAN'da TIM varil yapısının yarısının kaldırılması (Q9BZP6-3, pdb: 1vf8A). Protein yapılarına eşlenen alternatif ekleme olaylarının kapsamlı bir veritabanı şu adreste bulunabilir: http://www.bio.ifi.lmu.de/ProSAS/NARSupplement.html.

Β-levhaların kenarlarında alternatif ekleme

β ipliklerini içeren alternatif ekleme olayları, doğal olarak protein yapısındaki önemli hidrojen bağlarının bozulmasına yol açar. Bununla birlikte, bu tür olaylar, daha büyük bir β-tabakasının periferik β-ipliklerini etkiliyorlarsa, küresel proteinlerin evriminde tipiktir (12). Bu nedenle, bu olaylar, protein ailesinin korunmuş bölgelerini etkileseler bile, bir protein yapısı tarafından tolere edilebilir. Böyle bir olay, bir periferal αβ-motifinin bir tirozin fosfataz olan LMPTP'den (P24666) çıkarılmasıdır. Proteinin, tümü bir αβ-motifine karşılık gelen 38 amino asit uzunluğunda bir kısımda farklılık gösteren üç farklı izoformda ifade edildiği bilinmektedir. β-ipliği, toplamda dört iplikten oluşan bir β-tabakasının çevresel bir ipliğini temsil eder. Orijinal dizi, izoform 2'de başka bir 38 tortu ile değiştirilirken, ilgili kısım izoform 3'te (LMPTP- C , P24666-3) (ayrıca bkz. Şekil 2 b). LMPTP-C'nin (21) detaylı analizi, proteinin fosfataz aktivitesinden yoksun olduğunu ve ayrıca aşağıdakiler tarafından fosforile edilemediğini gösterir. lck kinaz, aktif merkezin ekleme olayı tarafından ele alındığını gösterir. İzoform 2 ile birlikte eksprese edildiğinde, LMPTP-C'nin doğal varyantına karşı bir antagonist olarak hareket ettiği gösterilmiştir. Önerilen mekanizma (21) LMPTP-C'nin doğal muadillerinin hücresel substratları veya düzenleyicileri ile rekabetçi bir şekilde birleşmesi ve böylece hedeflerinin fosforilasyonunu bloke etmesidir. LMPTP-C, bir ekleme olayının proteinin aktif merkezini kaldırarak bir proteinin işlevini nasıl değiştirdiğini gösteren bir örneği temsil eder. Bu, doğal işlevinin kaybıyla el ele giderken, izoform, LMPTP'nin antagonisti olarak hareket etmesine izin veren doğal yapının özelliklerini hala taklit edebilmektedir.

Β-tabakaların iç ipliklerinin alternatif olarak eklenmesi

Yukarıda gösterildiği gibi, periferal αβ-motifinin silinmesi, enzim aktivitesinin düzenlenmesi için ilginç bir mekanizma ortaya çıkaran fonksiyonel bir protein ile sonuçlanabilir. Bir β-tabakadan veya bir β-varilden iç ipliklerin silinmesi daha problemli görünmektedir çünkü bu, ipliğin her iki tarafında hidrojen bağlarının kaybına neden olur ve doğal benzeri yapıyı korumak için birkaç yenisinin oluşumunu gerektirir. proteinin. Bununla birlikte, (12)'de tartışıldığı gibi yapı evriminde meydana gelen iplik silme olaylarının bilinen örnekleri vardır. NF-κB transkripsiyonel aktivatörünün p65 (Q04206) alt birimi, Şekil 2c'de gösterildiği gibi böyle bir çıkarma olayı (22) sergileyen bir ekleme varyantına (Q04206-3) sahiptir; burada dokuz kalıntı, bir dahili β-ipliğine karşılık gelir. , Kaldırıldı. Yine, faredeki (Q04207-2) homolog bir protein için aynı ekleme olayı açıklamalıdır. Ekleme varyantı, NF-κB kompleksinin ikinci alt birimi olan p50'ye bağlanma yeteneğini kaybederken, p65'in doğal izoformu ile zayıf heterodimerler oluşturabilir. Bu heterodimerlerin, DNA'yı bağlama yeteneklerinde büyük ölçüde azaldığı bulunmuştur. Bu bulgu iki olası sonuca izin vermektedir. Ya, izoformun ve doğal proteinin birlikte ekspresyonu, NF-κB fonksiyonunu negatif olarak düzenler ve yine bir protein özelliğinin inaktivasyonunun doğal protein için bir antagonist olarak hareket edebileceği bir model ortaya çıkarır. Veya, izoformun hala IκB'yi (NF-κB kompleksinin inhibitörü) bağlayabiliyor olması durumunda, fazla IκB'yi bağlayan ve p65 veya p65'e izin veren düzenleyici bir 'lavabo' olarak hareket edebilir. p50 kompleksi çekirdeğe girer (22).

Alternatif ekleme, protein yapısının büyük ve korunmuş bölgelerini etkileyebilir.

Aşağıda, alternatif ekleme olaylarının bir protein yapısının büyük ve korunmuş bölgelerini etkileyebileceği ve yine de benzersiz fonksiyonel özelliklere sahip bir izoform ile sonuçlanabileceği gerçeğine ilişkin kanıtlar sunuyoruz. CC3 (Q9BUP3), insan hücrelerinde apoptozu indükleyen bir metastaz baskılayıcı olarak bilinir ve bu, yüksek derecede metastatik 'küçük hücreli akciğer karsinomu' hatlarında ifade edilmez. adı verilen bir varyant TC3 (Q9BUP3-2) ( 23 ), karboksi-terminal ucundan 107 kalıntıyı kaldıran ve ayrıca orijinal diziyle herhangi bir dizi benzerliğini paylaşmayan yeni terminalde 21 kalıntıyı değiştiren alternatif bir ekleme olayına maruz kalır. Şekil 2d'de gösterildiği gibi, ekleme olayı protein yapısının %50'sinden fazlasını etkiler. Yedi iplikten oluşan bir β-tabakasından iki çevresel β-ipliğini ve ayrıca çekirdek αβα-katının oluşumunda yer almayan birkaç ek sarmal ve ipliği çıkarır. çarpıcı bir şekilde, TC3 yerel varyantının aksine CC3 , benzersiz C-terminal kısmında yer alan bir anti-apoptotik işlev. Protein, katının birkaç korunmuş elemanını kaybetmiş olsa da, stabil, fonksiyonel bir izoforma katlanabiliyor gibi görünmektedir (ayrıca bkz. Şekil 3, en sağdaki sütun). Muhtemelen başka bir fizyolojik özelliği temsil eden proteinin (23) yeni karboksi-terminal ucunda yer alan bir bozunma sinyali nedeniyle kısa ömürlü olduğu gösterilmiştir. Yapıdan daha da büyük bir parçayı kaldıran benzer bir ekleme olayı sergileyen ikinci bir örnek, kaspaz 9'un (P55211-2) bir izoformudur (Şekil 2e). Kaspaz 9b olarak adlandırılan izoformun, yine bir endojen apoptoz inhibitör molekülü olarak işlev gördüğü gösterilmiştir (24). CC3 ve kaspaz 9'un izoformları, aβa-kat proteinlerinin büyük ölçekli sapma olaylarına karşı şaşırtıcı bir toleransını ortaya koymaktadır. Bu tolerans, çekirdek tabakaların kenarlarına art arda αβ-motifleri ekleyerek evrimleşmiş olabileceğinden, bu kat sınıfının proteinlerinin evrimsel geçmişinden kaynaklanabilir. Bu, sabit bir konformasyona katlanma yeteneklerini kaybetmeden yapıdan çıkarılabilmeleri gerçeğiyle sonuçlanabilir.

Bu şekil, eklenmiş yapının farklı bir SCOP katına bindirilmesiyle tanımlanan önemsiz olmayan birleştirme olayları (yani doğal yapıya yerleştirilemeyenler) tarafından olası kat değiştirme olayları için dört örnek gösterir. Örnekler, http://www.bio.ifi.lmu.de/ProSAS/NARSupplement.html adresindeki bu bağlantıyı takip ederek etkileşimli olarak da incelenebilir. Her sütun bir örneği temsil eder. İlk satırda, ekleme olayı Swissprot proteininin doğal protein yapısı üzerinde görselleştirilir. İkinci sırada, eklenmiş proteinin farklı bir kattan ilgili protein ile üst üste binmesi gösterilmektedir. Üçüncü ve dördüncü sıralar, eklenmiş proteinin (üçüncü sıra) ve farklı kata (dördüncü sıra) ait olan proteinin TOPS (34) diyagramlarını gösterir. TOPS diyagramlarında karşılık gelen ikincil yapı elemanları aynı renkle, diğer proteinde eksik olan elemanlar kırmızı ile renklendirilmiştir. Bazen karşılık gelen sarmallar bölünür, bu da sıklıkla DSSP atamalarındaki kırılmalardan kaynaklanır. Soldan sağa aşağıdaki örnekler gösterilmiştir: Sütun 1 DNMT2_HUMAN (O14717-6, Astral: d1g55a_, SCOP: c.66.1.26). Eklenen protein, d1gsoa2 (SCOP: c.30.1.1) ile çok iyi örtüşür (TM-Skoru: 0.68). Topolojik olarak proteinler, d1gsoa2'nin C-terminal ucundaki çok kısa bir iplikçik (uzunluk 2) - sarmal (uzunluk 4) motifi dışında çok benzerdir. Sütun 2 AUHM_MOUSE (Q9JLZ3-2, Astral: d1hzda_, SCOP: c.14.1.3), d1vc1a_ (SCOP: c.13.2.1) ile iyi örtüşen (TM-Score: 0.56). Topolojik olarak proteinler, d1vc1a_'da eksik olan iki küçük iplik (her ikisi de uzunluk 2) ve bir kısa sarmal (uzunluk 3) dışında benzerdir. Ek olarak, d1vc1a_'nın C-Terminal kısmı ek bir kısa sarmal iplik motifine sahiptir. Sütun 3 HER1_CAEEL (P34704-2, Astral: d1szha_, SCOP: a.226.1.1) d1ni8a_ (SCOP: a.155.1.1, TM-Skoru 0.49) ile üst üste yerleştirilmiştir. Ekleme olayı tarafından yalnızca küçük bir parça (sarmal-dönüş-sarmal-motif) kalır. İki TOPS diyagramı, iki proteinin herhangi birinde kısa sarmal parçalar eksikken, iki ana sarmalın korunmasıyla benzerdir. İlginç bir şekilde, d1ni8a_'nın dimerizasyondan sonra DNA bağlanmasına katkıda bulunduğu açıklanmıştır (35), bu aynı zamanda HER1 ekleme olayından kaynaklanan izoformun stabilize edilme şekli de olabilir. Sütun 4 TIP30_HUMAN (Q9BUP3-2, PDB: 2bka, SCOP: c.2.1.2), bu yine SCOP kat c.30.1.1'den (TM-Skoru: 0.54) d1gsoa2 (ayrıca bkz. DNMT2_HUMAN) ile üst üste gelir. Topolojik olarak iki protein, C- ve N-terminal uçlarında eksik olan iki sarmal dışında TOPS'a göre çok benzerdir. İzoformun işlevi metinde tartışılmıştır (izoform TC3). Görüntüler Jmol (http://www.jmol.org) ve PyMol (http://www.pymol.org) kullanılarak oluşturulmuştur.

Bu şekil, eklenmiş yapının farklı bir SCOP katına bindirilmesiyle tanımlanan önemsiz olmayan ekleme olayları (yani doğal yapıya yerleştirilemeyenler) tarafından olası kat değiştirme olayları için dört örnek gösterir. Örnekler, http://www.bio.ifi.lmu.de/ProSAS/NARSupplement.html adresindeki bu bağlantıyı takip ederek etkileşimli olarak da incelenebilir. Her sütun bir örneği temsil eder. İlk satırda, ekleme olayı Swissprot proteininin doğal protein yapısı üzerinde görselleştirilir. İkinci sırada, eklenmiş proteinin farklı bir kattan ilgili protein ile üst üste binmesi gösterilmektedir. Üçüncü ve dördüncü sıralar, eklenmiş proteinin (üçüncü sıra) ve farklı kata (dördüncü sıra) ait olan proteinin TOPS (34) diyagramlarını gösterir. TOPS diyagramlarında, karşılık gelen ikincil yapı elemanları aynı renkte, diğer proteinde eksik olan elemanlar kırmızı renktedir. Bazen karşılık gelen sarmallar bölünür, bu da sıklıkla DSSP atamalarındaki kırılmalardan kaynaklanır. Soldan sağa aşağıdaki örnekler gösterilmiştir: Sütun 1 DNMT2_HUMAN (O14717-6, Astral: d1g55a_, SCOP: c.66.1.26). Eklenen protein, d1gsoa2 (SCOP: c.30.1.1) ile çok iyi örtüşür (TM-Skoru: 0.68). Topolojik olarak proteinler, d1gsoa2'nin C-terminal ucundaki çok kısa bir iplikçik (uzunluk 2) - sarmal (uzunluk 4) motifi dışında çok benzerdir. Sütun 2 AUHM_MOUSE (Q9JLZ3-2, Astral: d1hzda_, SCOP: c.14.1.3), d1vc1a_ (SCOP: c.13.2.1) ile iyi örtüşen (TM-Score: 0.56). Topolojik olarak proteinler, d1vc1a_'da eksik olan iki küçük iplik (her ikisi de uzunluk 2) ve bir kısa sarmal (uzunluk 3) dışında benzerdir. Ek olarak, d1vc1a_'nın C-Terminal kısmı ek bir kısa sarmal iplik motifine sahiptir. Sütun 3 HER1_CAEEL (P34704-2, Astral: d1szha_, SCOP: a.226.1.1) d1ni8a_ (SCOP: a.155.1.1, TM-Skoru 0.49) ile üst üste yerleştirilmiştir. Ekleme olayı tarafından yalnızca küçük bir parça (sarmal-dönüş-sarmal-motif) kalır. İki TOPS diyagramı, iki proteinin herhangi birinde kısa sarmal parçalar eksikken, iki ana sarmalın korunmasıyla benzerdir. İlginç bir şekilde, d1ni8a_'nın dimerizasyondan sonra DNA bağlanmasına katkıda bulunduğu açıklanmıştır (35), bu aynı zamanda HER1 ekleme olayından kaynaklanan izoformun stabilize edilme şekli de olabilir. Sütun 4 TIP30_HUMAN (Q9BUP3-2, PDB: 2bka, SCOP: c.2.1.2), bu yine SCOP kat c.30.1.1'den (TM-Skoru: 0.54) d1gsoa2 (ayrıca bkz. DNMT2_HUMAN) ile üst üste gelir. Topolojik olarak iki protein, C- ve N-terminal uçlarında eksik olan iki sarmal dışında TOPS'a göre çok benzerdir. İzoformun işlevi metinde tartışılmıştır (izoform TC3). Görüntüler Jmol (http://www.jmol.org) ve PyMol (http://www.pymol.org) kullanılarak oluşturulmuştur.

Yüksek oranda tekrarlayan protein yapılarının alternatif eklenmesi

Birkaç protein yapısı familyası için intragenik çoğaltma ve rekombinasyon olaylarından kaynaklanan (süper) ikincil yapı elemanlarının dahili tekrarı gözlemlenmiştir. Tekrarlayan yapı sergileyen proteinler, hücrede birçok farklı fonksiyonda yer alırken, genel olarak tekrar sayısının artması, bağlanma yüzey alanının genişlemesi nedeniyle proteinle güçlendirilmiş evrimsel bir olasılık sağlar (25). Tekrarlar tüm filumlarda bulunurken, ökaryotlarda daha yaygın görünmektedir; bu, tekrar gruplarından elde edilebilen hücresel fonksiyonların artan karmaşıklığı ile ilişkilendirilebilir. Birkaç protein ailesi tekrarlayan elementler içerir, ancak ana sınıflar β-pervaneler (b.67, b.68, b.69, b.70), β-yongalar (SCOP kat b.42), α-α süperhelislerdir (SCOP kat a.118), lösin açısından zengin tekrarlar (SCOP kat c.10) ve ayrıca β-firkete-α-firkete tekrarları (SCOP kat d.211) ( 25 ). Protein-yapı evrimi boyunca, proteinlerin fonksiyonel özelliklerini, stabil bir yapıya katlanma olasılığını kaybetmeden değiştiren başarılı bir strateji olarak, tekrar çoğaltmanın başarılı bir strateji olduğu gerçeği, bu tür proteinlerin alternatif ekleme yoluyla yapısal değişikliklere karşı oldukça toleranslı olmaları gerektiği sonucuna götürür. Gerçekten de, yukarıda açıklanan beş tekrar sınıfından dördünün (p-yoncalar hariç tümü), tekrarlayan motiflerin tam setlerini etkileyen alternatif birleştirme olaylarını barındırdığını bulduk. Şekil 2 f ve g'de iki örnek gösterilmiştir. Çoğu tekrarlayan protein yapısı için, büyük ölçekli silme olaylarının yapı tarafından tolere edilmesi muhtemeldir, ancak ne yazık ki, deneysel doğrulama ve ekleme varyantlarının işlevsel bir sınıflandırması, veri kümemizdeki tüm izoformlar için eksiktir. Yeni işlevsel özellikler geliştirmek için evrim sürecinde tekrar sayısını değiştirme ilkesi, açıklamalı ekleme olayları ile çok sayıda tekrarlayan protein kıvrımlarının gösterdiği gibi, alternatif ekleme yoluyla işlevsel çeşitliliği artırmak için de sıklıkla kullanılıyor gibi görünmektedir.

Alternatif ekleme, yarım varillerden TIM varillerinin kökeni hakkındaki hipotezi destekleyebilir

Bir dizi protein yapısı ve protein yapısı familyası için, bunların eski gen kopyalanması ve/veya füzyon olaylarından kaynaklandığı iyi bilinmektedir. Bu tür çoğaltma olayları, iki alt etki alanı muhtemelen dizi benzerliğinin rastgele olduğu bir dereceye kadar evrimleşmiş olduğundan, dizi verilerinden her zaman açık değildir. Protein yapılarında iyi çalışılmış ve tekrarlayan bir motif (α/β) 8 -varil ailesi ('TIM-varil', SCOP kat c.1). Bu ailedeki proteinler, çok çeşitli farklı işlevleri benimser ve dizi ve yapı analizine dayalı olarak, bu ailenin bazı üyeleri için, iki atadan kalma yarım varil proteinin bir gen kopyalanması ve füzyon olayından kaynaklandığı önerilmiştir (26). Bu eski yarım variller muhtemelen iki özdeş yarım varilden oluşan bir homodimer oluşturmuştur (27).

Analizimiz şimdi bu hipotez için ek destek sağlıyor, çünkü namlunun yarısının büyük ölçekli bir çıkarma olayıyla çıkarıldığı iki ekleme izoformu (CHIA HUMAN'dan Q9BZP6-3 ve AMY3E ORYSA'dan P27934-2) ortaya koyuyor (bkz. H). İnsan kitinaz geninin (Q9BZP6-3) izoformu Saito tarafından tanımlanmıştır. et al. (28) kararlı protein ürününün varlığının deneysel doğrulaması eksik olsa da, akciğerde spesifik olarak ifade edilecektir. Doğal izoformu ile karşılaştırıldığında, protein, salgılanmak yerine sitoplazmada bulunabileceği sonucuna yol açan bir salgı sinyal dizisinden yoksundur. Ayrıca kitinaz aktivitesi için gerekli olan amino-terminal aktif bölgesinden de yoksundur. Şimdiye kadar, fonksiyonel bir gen ürünü ve bu ekleme olaylarından kaynaklanan stabil bir protein için deneysel bir doğrulamamız yok. Bununla birlikte, eski bir gen kopyalanması ve füzyon olayıyla iki yarım varilin birleştirilmesi için önerilen evrimsel mekanizmaya dayanarak, birleştirme izoformları muhtemelen tam namlunun yeniden yapılandırılması için bir (homo-) dimer oluşturur. TIM-varil ailesinin proteinlerini yarım varil olarak ifade etme olasılığı, heterodimerik komplekslerde farklı fonksiyonel alanlar içeren yarım varilleri birleştirerek artan bir fonksiyonel değişkenlik sunabilir.

Alternatif eklemenin neden olduğu kat geçişleri için göstergeler

225 önemsiz izoform için (bu ekleme olayları muhtemelen farklı bir kıvrımla sonuçlanmayacağından tekrarlayan ve korunmuş bobin durumları hariç), Malzemeler ve Yöntemler bölümünde açıklanan benzer yapıları aradık. TM-Score kriterini (TM-Score > 0.4) (19) tek başına uygulayarak, ekleme olaylarından kaynaklanan 139 (%66) izoform yapı için farklı bir kattan benzer bir yapı bulduk. Daha katı kriterin (ikincil yapı ve izoform kapsamı) uygulanması 49 izoformla sonuçlanır (47'si TM-Skoru >0.4'e sahiptir). Bunlar için, eklenmiş yapıyı hedef kıvrımla üst üste getirdik ve çekirdek ikincil yapı elemanlarının korunmasının yanı sıra bunların bağlanabilirliği, yani.çekirdek elemanların topolojisi. 21 (%10) son derece güvenli süperpozisyon gözlemliyoruz, yani eklenmemiş proteinin katından farklı bir kata sahip eklenmiş yapılar için modeller.

Bu nedenle, bu farklı kıvrımlar, ekleme olayının neden olduğu şiddetli değişiklikleri açıklayabilen izoform için muhtemel yapısal modellerdir (dört örnek gösterilmiş ve Şekil 3'te kısaca tartışılmıştır ve http://www.bio.ifi adresinde etkileşimli olarak incelenebilir). .lmu.de/ProSAS/NARSupplement.html). Tabii ki, ekleme olaylarından kaynaklanan proteinler, kararlı bir yapıya hiç katlanamayabilir ve çoğu zaman durum böyle olacaktır. Diğer durumlarda, yapı kararlı olabilir ancak yeni bir kıvrım oluşturacaktır (şimdiye kadar çözülmemiş ve PDB'de biriktirilmemiştir). Nadir durumlarda, değiştirilmiş yapı, doğal olandan farklı bilinen bir kıvrıma benzer olabilir. İkinci durumda, bir kararlı 3B yapıyı farklı bir kararlı 3B yapıya dönüştüren tanımlanmış genetik değişikliklerle (alternatif ekleme) farklı kıvrımlar arasındaki bağlantıları gözlemleyeceğiz. SCOP ve CATH (29) gibi iyi bilinen yapısal kaynaklara yol açan yapı sınıflandırmaları ve yapısal tanımlamalar ve özellikler üzerine birçok girişime ve araştırmaya rağmen, kıvrım sınıfları arasında güvenilir ve izlenebilir bağlantılar çok nadirdir. Bu, gözlemlenen benzerliklerin ve olayların evrimsel açıklamaları için daha da geçerlidir. Burada sadece bu tür transformasyon olaylarının önemli bir kısmını gözlemlemiyoruz, aynı zamanda alternatif ekleme ile tüm olaylar bilinen gözlemlenen transkriptlere karşılık geldiği için bunları açıklayan basit bir genetik mekanizma da sağlıyoruz.

Ekson dizisi verilerini kullanarak önemsiz olmayan ekleme olayının doğrulanması

Son zamanlarda, Affymetrix, insandaki çoğu ekzonu ölçebilen yeni bir DNA çipi türü yayınladı ( homo sapiens ) ve fare ( Mus musculus ) ve sıçan ( Rattus norvegicus ) çip üzerindeki tek prob setleri ile. Bu tür çiplerin analizi, bir genin farklı transkriptlerinin ekspresyonunun ölçülmesine izin verir. canlıda , farklı deneysel koşullar altında ve farklı dokularda. Belirli transkriptlerin zamana ve dokuya özgü ekspresyonu, hücrede karşılık gelen gen ürününün fonksiyonel rolünün başka bir göstergesi olabilir ve bu nedenle alternatif eklemeden kaynaklanan fonksiyonel çeşitliliğin anlaşılmasına yardımcı olacaktır. Ek olarak, bu veriler, birçok, özellikle de önemsiz olmayan ekleme olaylarının hücrede işlevsel roller oynayabileceği hipotezimizi doğrulamak veya yanlışlamak için yararlı bir kaynak olacaktır. Bu nedenle, insan ekzon çipinde sağlanan tüm prob setlerini, Ensembl'de (30) açıklamalı insan ekzonları ile eşleştirdik. Ek olarak, PDB'de güvenilir yapısal açıklamalar bulabileceğimiz tüm insan genlerini yapısal olarak modelledik. Verilere ProSAS veritabanında ( 31 ) şu adresten erişilebilir: http://services.bio.ifi.lmu.de/ProSAS . Toplamda, en az bir Affymetrix prob seti ile tüm insan ekzonlarının %80,1'ini kapsayabiliyoruz. Yüksek kaliteli yapılara (şablon ve insan transkripti arasında %40'tan fazla sekans özdeşliği) odaklanırken, insan genlerinin %35'i en azından kısmen protein yapısıyla kaplanırken, %17'si tamamen (%75'ten fazla kapsama) bir protein yapısıyla modellenmiştir. protein yapısı. Bu, ekson çip deneylerinin yapısal verilerle kombinasyonunun, çok sayıda genin (ve ekzonların) aynı anda yapı tarafından kapsanması ve çip üzerinde ölçülmesi nedeniyle hipotezimizi test etme potansiyeline sahip olduğunu gösterir.


<p>Bu bölüm, hücrelerde veya çok hücreli organizmaların dokularında mRNA veya protein düzeyinde bir genin ifadesi hakkında bilgi sağlar.<p><a href='/help/expression_section' target='_top'>Daha fazla. </a></p> İfade i

<p>'İfade' bölümünün bu alt bölümü, hücrelerde veya çok hücreli organizmaların dokularında mRNA veya protein düzeyinde bir genin ifadesi hakkında bilgi sağlar. Varsayılan olarak, 'protein düzeyinde' belirtilmediği sürece bilgiler mRNA düzeyindeki deneylerden elde edilir.<br></br>Örnekler: <a href="http://www.uniprot.org/uniprot/P92958#expression" >P92958</a>, <a href="http://www.uniprot.org/uniprot/Q8TDN4#expression">Q8TDN4</a>, <a href="http://www.uniprot.org/uniprot/O14734# ifade">O14734</a><p><a href='/help/tissue_specity' target='_top'>Diğer. </a></p> Doku özgüllüğü i

Gen ifadesi veritabanları

Gen İfade Evrimi için Bgee veritabanı

ExpressionAtlas, Diferansiyel ve Temel İfade

Genevestigator'dan normalleştirilmiş ve küratörlü ifade verileri için Genevisible arama portalı

Organizmaya özel veritabanları


3 COVID'in Olası Kökenleri: Laboratuardan Kaçan, Evrim veya Mutatör Genler?

B.1.1.7 varyantı (NIAID)

&ldquoVirüs salgını: araştırmalar, COVID-19'un muhtemelen sentetik olduğunu söylüyor,&rdquo gazetede manşet attı. Taipei Times 23 Şubat 2020'de. Yeni koronavirüs SARS-CoV-2'nin Çin'deki bir viroloji laboratuvarında kazara veya bir biyolojik silah olarak ortaya çıktığı fikri, o zamandan beri suçlama ve açıklama dalgalanmalarına yol açtı.

Son bölüm: 7 Nisan 2021'de bir &ldquoopen letter&rdquo New York TimesMektubu imzalayan iki düzine bilim insanı, kritik kayıtları ve biyolojik örnekleri incelemek için "sağlam bir sürecin" devam eden yokluğunu belirtiyor. Onların argümanı, DSÖ'nün 20 Mart'ta düzenlediği ve doğal bir yayılma dışında bir köken olarak kabul edilen basın etkinliğine yanıt veriyor.

Ancak iki tür yeni bilgi, laboratuvardan kaçan hipotezine karşı çıkabilir: hastalık bulaşmasının evriminde "eksik bağlantılar" olarak hizmet etmiş olabilecek memelilerin boşluklarının doldurulması ve mutasyona uğrama eğilimini yansıtan viral varyantların hızlı yükselişi. SARS-CoV-2'nin altında yatan, görünüşte birdenbire patlayan.

İşte bir genetikçi olarak SARS-CoV-2'nin üç olası kökeni hakkında görüşüm:

1. Biyolojik silah ve tasarlanmış bir patojen veya doğal bir adayın kaçışı

2. Ara hayvan konakçıları yoluyla kademeli evrimsel değişim, yol boyunca mutasyona uğrama ve daha öldürücü hale gelme

3. &ldquoMutator&rdquo diğer genlerdeki mutasyonları tetikleyen ve evrimi hızlandıran genler

Yakın zamana kadar, SARS-CoV-2'nin bir silah olarak tımar edildiği fikri, at nalı yarasasında bulunan RaTG13 adlı bir koronavirüs selefine dayanıyordu. Rhinolophus affinis.

Araştırmacılar, 2013 yılında, Çin'in Yunnan kentindeki bir mağaranın yakınındaki terk edilmiş bir maden kuyusunda yarasa pisliği içinde RaTG13'ü, altı madencinin hastalanmasından ve bunlardan üçünün belirtilmeyen bir zatürreden ölmesinden kısa bir süre sonra keşfettiler. (Yarasalar pek çok virüsü hastalanmadan barındırır, bunu burada açıklıyorum.)

RaTG13, genom dizisinin yaklaşık %96,1'ini SARS-CoV-2 ile paylaşır. Perspektif olarak, SARS-CoV-2'nin genomu, 2003'teki orijinal SARS koronavirüsününkine yalnızca yaklaşık %80 benzer.

RaTG13 ve SARS-CoV-2 arasındaki temel fark, spike proteinin insan hücrelerine kilitlendiği reseptör bağlanma alanının bir parçasıdır. Bu farklı kısım, yarasalar ve enfeksiyon zincirindeki insanlar arasında bir ara konak olabilen dikenli karıncayiyen benzeri bir yaratık olan Malayan pangolin'deki virüslerin RNA dizisiyle eşleşir. Yarasadan pangolin'e geçiş, madenin yakınında veya çiğ etle dolu ıslak bir pazarda ya da insanların diğer hayvanların topraklarına tecavüz ettiği ve bizim bakmadığımız birçok başka yerde olmuş olabilir.

Yarasa virüsü RaTG13'ten insan virüsü SARS-CoV-2'ye geçişe ilişkin ipuçları, birbirinden ayrılan genom dizilerinin %4'ünde bulunabilir. Evrimsel biyologlar, viral genomların bilinen doğal mutasyon oranlarını göz önünde bulundurarak, yarasa virüsünün kendisini SARS-CoV-2'ye mutasyona uğratmasının en az 50 yıl süreceğini tahmin ediyor. Yeni bir araba satın almanın eski bir arabayı parça parça tamir etmekten daha hızlı olması gibi, muhtemelen bir biyolojik silah da çok daha hızlı yaratılabilirdi. Ancak öğrendiğimiz gibi, geçmiş virüsler hakkında bildiklerimize güvenebiliriz. Yani, aceminin mutasyon oranı daha önce gördüklerimizden çok daha hızlı olabilir.

(Burada hakkında yazdığım) &ldquoYan raporu&rdquo adlı bir belge, RaTG13'ün asla var olmadığını iddia ediyor. Bunun yerine, Li-Meng Yan ve meslektaşları, sözde SARS-CoV-2 selefinin, kökeni için makul bir doğal açıklama sağlamak ve dikkatleri bir biyolojik silah fikrinden uzaklaştırmak için GenBank veritabanına yüklenen hayali bir RNA dizisi olduğunu savunuyorlar. Makale (ilk ve güncellenmiş bir sürüm var), RaTG13'ün 2013'te keşfedilmesinin neden 3 Şubat 2020'ye kadar rapor edilmediğini sorguluyor. Doğa. Yan raporu hiçbir zaman baskı öncesi (incelenmemiş) statüsünün ötesine geçmedi, kısmen yaygın paranoya tonu ve Steve Bannon'a bağlı bir kuruluş olan finansman kaynağı nedeniyle şüpheleniyorum. Araştırmacılar içini boşalttı ve Wikipedia ayrıntıları gözden geçirdi.

Geri dönmeye devam ettiğim kısa bir rapor, Doğa 17 Mart 2020'de, COVID'den kaynaklanan küresel ölüm sayısı sadece 4.373 iken: &ldquoSARS-CoV-2'nin proksimal kökeni.&rdquo

"Proksimal kökenli" yazarlar (Kristian G. Andersen, Andrew Rambaut, W. Ian Lipkin, Edward C. Holmes ve Robert F. Garry), yeni patojenin önemli kısımlarını diğer koronavirüslerin karşılık gelen kısımlarıyla karşılaştırarak şu sonuca varıyor: &ldquo(o)ur analizleri, SARS-CoV-2'nin bir laboratuvar yapısı veya kasıtlı olarak manipüle edilmiş bir virüs olmadığını açıkça göstermektedir.&rdquo Akıl yürütmelerinin bir kısmı sağduyudur: virüs hücrelerimize icat edilecek kadar güçlü bir şekilde bağlanmaz. Kusurlu bir silahtır. Yeni bir iPhone neden öncekilerden daha kötü çalışır? Yeni virüsün, farklılıklarıyla (spike proteinin iki parçasının birleştiği yere tekabül eden alana yerleştirilmiş bir düzine fazladan RNA bazı gibi) doğal seçilimden kaynaklandığının daha muhtemel olduğunu öne sürüyorlar. Virüsün doğal bir avantajı vardı, bu yüzden devam ettirildi ve icat edilmedi.

Her ne olduysa, ileri görüşlü &ldquoproksimal orijinli&rdquo araştırmacıları Mart 2020'de şu sonuca vardılar: &ldquoSARS-CoV-2'nin doğrudan atası olarak hizmet etmeye yeterince benzeyen hiçbir hayvan koronavirüsü tanımlanmamış olsa da, yarasalardaki ve diğer türlerdeki koronavirüs çeşitliliği büyük ölçüde yetersiz örneklenmiştir.&rdquo

2013'te terkedilmiş madenin yarasa çamurunda bulunan RaTG13 virüsünden 2019'da SARS-CoV-2'nin ortaya çıkışına geçiş, bir romanın ilk ve son bölümlerini okumak gibidir: Bir hikayeyi yeniden inşa etmek için yeterince olay örgüsü yoktur. . Ancak daha fazla bölüm ortaya çıktıkça, SARS-CoV-2'ye benzeyen virüsler, bir virüs çorbasından ortaya çıktı ve gelişmeye devam ediyor.

RaTG13'ün SARS-CoV-2'ye giden evrim yolundaki tek durak olmadığı ortaya çıktı. Çin, orada tanımlanmaya devam etmesine rağmen, yeni koronavirüslerin tek evi değildi. Son raporları göz önünde bulundurun:

Kamboçya, 26 Ocak 2021 2010 yılında Kamboçya'da örneklenen iki at nalı yarasasından alınan dışkı ve tükürük, spike proteini kodlayan genin bir ucunda farklılık gösteren SARS-CoV-2 ile genom dizilerinin %92.6'sını paylaşan koronavirüsler verdi. bioRxiv'de bir ön baskıyı tamamlar, &ldquoBu virüslerin Çin'de bulunmayan bir yarasa türünde keşfi, SARS-CoV-2 ile ilgili virüslerin daha önce anlaşılandan çok daha geniş bir coğrafi dağılıma sahip olduğunu gösteriyor ve Güneydoğu Asya'nın devam eden köken araştırmalarında dikkate alınması gereken önemli bir alanı temsil ettiğini gösteriyor. SARS-CoV-2 ve gelecekteki koronavirüs gözetiminde.&rdquo

Tayland, 9 Şubat 2021 Tayland'daki bir mağarada bulunan beş yarasadan alınan kan, Çin'in Yunnan kentinde bulunan bir türe benzer koronavirüslerin yanı sıra SARS-CoV-2'ye karşı antikorlar üretti. Bir rapora göre, antikorlar bir pangolinde de tespit edildi. Doğa. Bu çalışma atayı ortaya çıkarmasa da, SARS-CoV-2 benzeri virüsler alanını Çin'in ötesine de taşıyor.

Çin, 8 Mart 2021 Bir başka bioRxiv ön baskısında, Yunnan eyaletinde 2700 dönümlük bir arazide Mayıs 2019 ile Kasım 2020 arasında toplanan 23 yarasa türünden 411 koronavirüs örneğinin genom dizileri açıklanmaktadır. RpYN06 olarak adlandırılan SARS-CoV-2'ye en yakın akraba, genom dizisinin %94,5'ini paylaşıyor. Ancak genel genom benzerliği, yeni bir virüsün insan vücudu üzerindeki etkisini daha iyi tahmin edebilen bireysel genler arasındaki yazışmalar kadar önemli değildir.

RpYN06 aslında, replike olmak için araçlar sağlayan (ORF1ab), hücrelerimize eriyen ve protein sentetik makinemize (ORF7a ve ORF8) bağlanan ve onları kodlayan anahtar genlere dayalı olarak şimdiye kadar tanımlanan SARS-CoV-2'ye en yakın olanıdır. viral genetik materyali koruyan nükleokapsid (N) proteinleri. Çalışma, genomları birbirine çok benzeyen ve pangolinlerde bulunanlara benzeyen 3 koronavirüs daha buldu.

SARS-CoV-2 kim bilir kaç yıldır çeşitli yarasa türlerinde, diğer koronavirüslerle karışarak ve genomu ona iyi hizmet ettiği için değişmeden, mutlu bir şekilde yol aldı mı? Adaptasyonun altında yatan mutasyonlar ancak yeni bir konağa atlandıktan sonra kendiliğinden meydana geldi ve bir avantaj sağladılarsa devam etti. Ardından, bireysel genlerdeki mutasyonlar, şu anda gezegeni süpüren viral varyantlarda birikmeye başladı. Yakın tarihli bir makalenin başlığı PLoS Biyoloji yeni koronavirüsü şekillendiren güçleri özetliyor: &ldquoSARS-CoV-2'nin yarasalardaki evrimindeki doğal seçilim, genelci bir virüs ve oldukça yetenekli insan patojeni yarattı.&rdquo

SARS-CoV-2'nin hızlı bir şekilde ortaya çıkmasının üçüncü bir yolu, bir genin veya genlerin bir & ldquomutator&rdquo kışkırtıcı olarak işlev görmesidir. başka mutasyona uğrayan genler.

Bu fenomeni eğitimimden hatırlıyorum. Meyve sineği genetikçi. Mutant sarı göz rengine sahip meyve sinekleri, göz rengi genindeki bir mutasyondan değil, mutator adı verilen bir gendeki mutasyondan normal kırmızı renge dönen yavrulara sahip olabilir. Diğer genlere zarar verir. Ve getirdiği mutasyon türleri, SARS-CoV-2'nin yeni varyantlarındakilere benziyor.

Meyve sineği mutator geninin neden olduğu mutasyonların yarısı, genlerin eksik parçalarının silinmesidir. İlk olarak Birleşik Krallık'ta tespit edilen viral varyant B.1.1.7'nin açıklayıcı bir işareti, &ldquoS gen hedef başarısızlığıdır.&rdquo Bu, bir PCR COVID testinin, iki amino asit eksik olduğu için spike proteini kodlayan RNA'yı kopyalayamaması, yapmak diğer viral genleri kopyalar.

Meyve sineklerinde mutatör, nokta mutasyonları olarak adlandırılan tek-bazlı değişikliklerin oranını da beş katına çıkarır. Bunlar yeni viral varyantlarda da oluyor.

Bir sinek geninin virüslerde amok koştuğunu öne sürmüyorum, ancak mutator benzeri bir gen, SARS-CoV-2'nin bir dizi varyanta hızla çeşitlenmesini sağlıyor olabilir mi? Eğer öyleyse, hızlı mutasyon, virüsün nasıl ortaya çıktığını ve sonra bir çılgın bilim adamının bir biyolojik silah yaratma senaryosunu ya da milyonlarca insanı öldürecek bir patojenden geçen bir dizi talihsiz memeliyi çağırmak zorunda kalmadan nasıl bir şekil değiştirici haline geldiğini açıklayabilir. bir yıl içinde insan sayısı.

Bir mutatörün tanımlanması, insan genomlarının analizinde bile büyük bir öncelik olmayan bir şey olan gen-gen etkileşimlerinin çözülmesini gerektirecektir. Belki de iyi çalışılmış bir SARS-CoV-2 geninin ikinci bir işlevi vardır, başka bir genin mutasyonunu indükleyen? GISAID veritabanına bir milyondan fazla SARS-CoV-2 genom dizisi yüklenmiş olmasına rağmen, araştırmacıların genlerin kavramsal silolarda araştırmak yerine nasıl etkileşime girdiğini ne ölçüde araştırdıklarını bilmiyorum.

İnsanlar, varyantlar ve aşılar arasındaki yarıştan bahsettiklerinde, saçmalıyorlar. Şimdilik aşılar, dolaşımdaki virüsleri ele almak için yeterince çeşitli bir antikor tepkisini uyarıyor. Ama evrim asla durmaz. Aşılanmış bedenlere kayan ve tutunan varyantlar ortaya çıkarsa, o zaman yayılırsa, bu aşılar yenileri için nişler yaratırken eski varyantları ayıklayacak mı? Şu anda uzmanları rahatsız eden şey bu. Ve ben.

Bu yüzden aşı üreticilerinin aylardır yapmakta olduğu evrimi öngörmeli ve bir adım önde olmalıyız. Çünkü bu çılgın zamanlarda değişmeyen bir şey varsa o da SARS-CoV-2'nin bizi sürekli şaşırtmasıdır. Ancak şimdilik, virüsün bizi yok etmek için yaratıldığına dair düşünülemez fikre alternatifler üzerinde düşünmek beni rahatlattı.


Katı yeni kurallar, kalıtsal insan gen düzenlemesine giden yolu ortaya koyuyor

2018'de Jiankui He (resimde), teknolojinin böyle bir adıma hazır olmadığı yönündeki genel fikir birliğine karşı çıkarak embriyolardaki genleri iki kız bebek yaratmak için düzenlediğini açıkladı.

The He Lab/Wikimedia Commons (CC BY 3.0)

Bunu Paylaş:

3 Eylül 2020, 18:40

Uluslararası bir bilimsel komisyon, insan DNA'sında kalıtsal değişiklikler yapmak için gen düzenlemenin henüz gen düzenlemeli bebekler yapmak için yeterince güvenli ve etkili olmadığını söylüyor. Ancak 3 Eylül tarihli bir raporda grup, toplumun bu tür bir DNA değişikliğinin kabul edilebilir olduğuna karar vermesi durumunda kalıtsal gen düzenlemesini yaygınlaştırmak için bir yol haritası ortaya koydu.

Çinli bir bilim adamının 2018'de genetiği değiştirilmiş iki kız bebek yarattığını açıklamasının ardından kurulan Uluslararası İnsan Germline Genom Düzenlemesinin Klinik Kullanımı Komisyonu, tepkilere yol açtı (SN: 27/11/18). Konuyla ilgili ilk resmi değerlendirmesinde grup, kalıtsal gen düzenlemesinin klinik olarak denenebilmesi için karşılanması gereken katı bilimsel kriterleri ortaya koyuyor. Komisyon üyeleri, ülkelerin tüm bu kriterlerin karşılanmasını sağlayamıyorsa, kalıtsal gen düzenlemesinin onaylanmaması gerektiğini söylüyor.

Yine de, bazı eleştirmenler bu tür kriterleri sunmanın bile erken olduğunu iddia ediyor. Bilim, toplumun gelecek nesilleri etkileyebilecek gen düzenlemesine izin verip vermeyeceğine karar verene kadar beklemeli, diyorlar.

Gen düzenleme, bir gendeki tek bir DNA harfini veya bazını değiştirmeyi içerir. CRISPR/Cas9, temel düzenleyiciler dahil birçok farklı teknoloji (GZ: 3/5/19) ve çinko parmak nükleazları ve TALEN'ler olarak adlandırılan mühendislik proteinleri (SN: 11/6/15), DNA'daki kesin konumlarda düzenlemeler yapmak için kullanılabilir. Düzenlemenin doğruluğu artmış olsa da, gen editörlerinin DNA'nın başka yerlerinde zarara neden olabilecek istenmeyen, "hedef dışı" değişiklikler yapacaklarına dair endişeler var. Komisyon, bir embriyodaki her hücrenin istenen değişikliği - ve sadece bu değişikliği - içermesini sağlayacak teknolojilerin de çalışmaya ihtiyacı olduğunu söylüyor.

Pekin'deki Çin Bilimler Akademisi Zooloji Enstitüsü'nde genetikçi ve moleküler ve kök hücre biyoloğu olan Haoyi Wang, 3 Eylül'de yapılan bir araştırma sırasında “Hayvanlarda yapılacak kadar doğru ve etkili”, ancak insan embriyolarında düzenleme yapmak çok daha fazla hassasiyet gerektiriyor, dedi. raporu tartışmak için web semineri.

Bilim adamları, kalıtsal kan bozuklukları orak hücreli anemi ve beta-talasemiyi ve yetişkinlerde Leber konjenital amaurosis 10 adı verilen kalıtsal bir körlük biçimini düzeltmek için CRISPR gen düzenlemesini zaten test ediyorlar (GZ: 14/08/19). Bu düzenlemeler yetişkin hücrelerdedir ve gelecek nesillere taşınamaz.

Orak hücre hastalığı, gen düzenleme ile düzeltilebilecek ciddi bir genetik bozukluktur. Hastalığa, kırmızı kan hücrelerinin bükülmesine neden olan hemoglobin üreten gendeki bir mutasyon neden olur. Bu hücreler bazen damarları tıkar ve ağrılı, zayıflatıcı ve yaşamı tehdit eden doku hasarına neden olur. EM Birimi, UCL Tıp Okulu, Royal Free Kampüsü, Hoş Geldiniz Resimleri/Wikimedia Commons (CC BY 4.0)

Ancak insan germ hattındaki DNA'yı değiştirmek (embriyolar, yumurtalar, spermler veya onları oluşturan hücreler) gelecek nesillere aktarılabilecek değişiklikler yaratacaktır. Bilim adamları da dahil olmak üzere birçok insan, haydut bilim adamlarının hastalıkları düzeltmeyi bırakmayacağından ve gelişmiş atletik yetenek, zeka veya diğer arzu edilen özelliklere sahip “tasarım bebekler” yaratacağından endişe duyuyor.

Komisyon, insan germ hattı düzenlemesinin, kalıtsal olması halinde hastalığa neden olması neredeyse garanti edilen tek genlerin belirli versiyonlarının neden olduğu ciddi genetik hastalıklarla sınırlandırılması gerektiğini önermektedir. Bu tür bozukluklar Duchenne kas distrofisi, Tay-Sachs hastalığı ve kistik fibrozu içerir. Bu bozuklukları kalıtsal olarak alan çocuklar genç yaşta ölürler veya ciddi sağlık sorunları yaşarlar.

Komisyon ayrıca, insan germ hattı düzenlemesi düşünülmeden önce, bir çiftin hastalığa neden olan genetik varyantlar olmadan embriyo üretebilmesini sağlamanın başka bir yolunun mevcut olmaması gerektiğini belirtti. Bu, esas olarak, uygun listeyi, her iki ebeveynin de iki kopya resesif hastalığa neden olan varyantlara sahip olduğu çiftlere veya bir ebeveynin, Huntington hastalığı gibi, kalıtımdan kaynaklanan baskın bir genetik bozukluğa neden olan iki mutasyon kopyasına sahip olduğu çiftlere indirir. hatalı bir genin tek bir kopyası.

Johannesburg'daki Witwatersrand Üniversitesi'nde insan genetikçisi olan Michèle Ramsay, 3 Eylül'de bir haber brifinginde, belki de dünya çapında 20 ailenin bu katı kriterleri karşılayacağını söyledi.

Bu nedenle komisyon ayrıca, daha az ciddi rahatsızlıkları olan, ancak hastalığa neden olan varyantlar olmadan embriyo üretme şansı az olan bazı ailelerin de uygun olacağına karar verdi. Bir örnek, erken kalp hastalığına ve ölüme yol açan yüksek kolesterolün kalıtsal bir formu olan ailesel hiperkolesterolemidir. Bu ve diğer rahatsızlıklar, dünyanın kuzenler arasındaki evliliğin yaygın olduğu bölgelerinde yüksek oranda insan tarafından taşınmaktadır. Gen düzenleme, bir çiftin embriyolarının yüzde 25 veya daha azının hastalığa neden olan mutasyondan arınmış olması durumunda bir seçenek olabilir.

O zaman bile, bu tür çiftler, genin hatalı versiyonunu taşıyan embriyoları taramak için preimplantasyon genetik testi adı verilen bir teknikle tüp bebek yapma girişiminde bulunmuş olmalıdır. Ramsay, ilk araştırmaya katılmaya hak kazanan "çok fazla insan olacağını düşünmüyoruz" dedi. "Açılacak baraj yok" Teknoloji bu birkaç ailede hem güvenli hem de etkiliyse, başka koşullar için de düşünülebilir.

Komisyon, daha sonra genetik hastalık taşımayan embriyolar oluşturmak için kullanılabilecek laboratuvar kaplarında yumurta ve sperm üretmek için kök hücrelerin kullanılması konusunda daha fazla araştırma yapılmasını öneriyor. Bu tür araştırmalar farelerde yapılmıştır (GZ: 18/05/17), ancak New York'taki Rockefeller Üniversitesi'nde insan genetikçisi olan Richard Lifton, insan hücreleriyle emekleme döneminde olduğunu söyledi.

Lifton, kibirden uzaklaşmanın komisyonun ana endişelerinden biri olduğunu söyledi. Rapor ayrıca, teknolojinin durumunu değerlendirmek ve bu tür kalıtsal veya germline düzenlemesi yapmak için uygulamalara danışmak için uluslararası bir bilimsel danışma kurulu kurulmasını tavsiye ediyor.

Güvenilir gazeteciliğin bir bedeli vardır.

Bilim adamları ve gazeteciler, gerçeğe ulaşmak için sorgulama, gözlemleme ve doğrulama konusunda temel bir inancı paylaşırlar. Bilim Haberleri bilim disiplinleri arasında önemli araştırma ve keşifler hakkında raporlar. Bunu gerçekleştirmek için finansal desteğinize ihtiyacımız var - her katkı bir fark yaratır.

Lifton, sporda performans arttırıcı ilaçların kullanımını denetleyen Dünya Anti-Doping Ajansı'na benzer bir organizasyonun, yetkisiz gen düzenlemesine göz kulak olmak için kurulabileceğini öne sürdü. Hileli bilim adamlarını dizginlemek, ihbarcıların olası onaylanmamış araştırmaları bildirmesi için bir yol oluşturmayı da gerektirir.

Komisyona dahil olmayan Pittsburgh Üniversitesi'nde kısırlık araştırmacısı Kyle Orwig, raporun "uygun şekilde ihtiyatlı ve düşünceli ve dünyada neler olup bittiğine dair net bir takdirle yazılmış" olduğunu söyledi. “Biraz hevesli çünkü tek tek ülkelerin uluslararası gözetime boyun eğmeye istekli olup olmadığı hakkında soruları gündeme getiriyor” diye ekledi.

Dahası, Berkeley, California merkezli kar amacı gütmeyen Genetik ve Toplum Merkezi'nde genetik adalet program direktörü Katie Hasson, bilim insanlarının haydutluk yapmasını önlemek için küresel yönetişim kurmanın net bir moratoryum veya yasak koymak kadar etkili olmayabileceğini söylüyor. .

Wang, DNA'da gelecek nesillere miras kalabilecek değişikliklere izin verilip verilmeyeceğinin tüm insan türünü etkileyen bir karar olduğunu ve tek bir ülkenin kararından ziyade uluslararası bir fikir birliği olması gerektiğini söyledi.

Bu rapor, gen düzenlemenin yalnızca bilimsel yönlerini ele aldı. Dünya Sağlık Örgütü'nden gelecek bir rapor, gen düzenlemeyi çevreleyen etik ve toplumsal sorunları ele alacak.

Hasson, toplum bunu yapma arzusunu belirtmeden önce germline düzenlemesinin nasıl yapılacağını hash etmenin geri olduğunu söylüyor. “Soru, gelecek nesillerin genlerini ve özelliklerini düzenleyerek ilerlemek isteyip istemediğimizdi ve hala bu” diyor. “Nasıl olduğunu atlamak için. . . işlerin biraz önüne geçiyor gibi."

Teknoloji hakkında geniş toplumsal konuşmalara hala ihtiyaç var. Hasson, 70'den fazla ülkede germline düzenlemeyi yasaklayan yasalara sahip olduğunu ve bir moratoryum ve diğer yasaların teknolojinin ilerlemesini etkili bir şekilde durdurabileceğini söylüyor. "Bunun kaçınılmaz olması için hiçbir neden yok. Bu yolu önceden çizmek, onu daha kaçınılmaz kılıyor ve bizi bu sonuca doğru itiyor.”

Bu makaleyle ilgili sorularınız veya yorumlarınız mı var? Bize [email protected] adresinden e-posta gönderin.

Bu makalenin bir versiyonu, 10 Ekim 2020 sayısında yayınlanmıştır. Bilim Haberleri.

Alıntılar

Ulusal Tıp Akademisi, Ulusal Bilimler Akademisi ve Kraliyet Cemiyeti. Kalıtsal İnsan Genom Düzenlemesi. Ulusal Akademiler Basını. 3 Eylül 2020. doi: 10.17226/25665.


Thomas Clandinin

Araştırma programım nörobiyolojideki üç temel soruya odaklanıyor. Gelişim sırasında nöronal devreler nasıl toplanır? Bu devrelerin işlevleri yetişkinlik döneminde nasıl korunur? Bu tür devreler, hayvan davranışı için gerekli olan karmaşık hesaplamalara nasıl aracılık eder? Çalışmamız, nöronal bağlantı özgüllüğünü, sinaps bakımını kontrol eden yeni moleküler mekanizmaları tanımlamak ve belirli devrelerin hesaplama rollerini karakterize etmek için bu süreçleri destekleyen hücreler ve genler arasındaki etkileşimden yararlanır. Programımızın uzun vadeli hedefi, meyve sineğinin görsel sistemini bir model olarak kullanarak doğuştan gelen davranışları destekleyen hesaplamaları uygulamak için genomun yetişkin yaşamı boyunca sinir devrelerini nasıl programladığını anlamaktır.

2020-21 Kursları


    BIO 154 (Galibiyet)
    BIO 254, NBIO 254 (Kazan) Bağımsız Çalışmalar (11)

      NBIO 198 (Aut, Win, Spr, Sum)
      NBIO 299 (Aut, Win, Spr, Sum)
      NEPR 299 (Aut, Win, Spr, Sum)
      NBIO 399 (Aut, Win, Spr, Sum)
      NEPR 399 (Ot, Kazan, Bahar, Toplam)
      NBIO 370 (Aut, Win, Spr, Sum)
      BIO 199X (Toplam)
      BIO 300X (Ot, Kazan, Yay, Toplam)
      SYMSYS 190 (Kazanç)
      FİZİK 205 (Galibiyet)
      NBIO 199 (Aut, Win, Spr, Sum)

    2018-19 Kursları

    Stanford Danışmanları

    • Doktora Tezi Okuyucusu (AC)
      Chung-ha Davis, Lydia Hamburg, Linnie Jiang, John Kochalka, Ruben Land, Dongsoo Lee, Eshed Margalit, Beatriz Robinson, Seung Je Woo, ChiChi Xie
    • Doktora Sonrası Fakülte Sponsoru
      Ina Anreiter, Arnaldo Carreira-Rosario, Timothy Currier, Ashley Smart, Max Turner, Ryan York
    • Doktora Tez Danışmanı (AC)
      Luke Brezovec, Minseung Choi, Avery Krieger, Michelle Pang, Emma Theisen, John Vaughen, Carl Wienecke, Ilana Zucker-Scharff
    • Doktora Tezi Eş Danışmanı (AC)
      Alex Hao, John Wen
    • Doktora programı)
      Michelle Pang, Carl Wienecke

    Lisansüstü ve Burs Programları

    Tüm Yayınlar

    • Drosophila beyni boyunca aktivite, metabolizma ve davranış eşleşmesi. Doğa Mann, K., Deny, S., Ganguli, S., Clandinin, T.R. 2021

    Soyut

    Nöron ağları boyunca koordineli aktivite, birçok türde1-5 hem dinlenme hem de aktif davranışsal durumların ayırt edici özelliğidir. Bu küresel modeller, enerji metabolizmasını saniyeler ve saatler içinde değiştirir, bu da nöral aktivitenin vekilleri olarak oksijen tüketiminin ve glikoz alımının yaygın olarak kullanılmasını destekler6,7. Bununla birlikte, nöral aktivitedeki değişikliklerin, davranışla ilişkili zaman çizelgelerinde bozulmamış devrelerdeki metabolik akışla nedensel olarak ilişkili olup olmadığı belirsizdir. Burada, sinek beyninin iki foton mikroskopisini, hem dinlenme hem de aktif davranış durumlarında nöral aktivitenin ve metabolik akışın aynı anda ölçülmesini sağlayan sensörlerle birleştiriyoruz. Nöral aktivitenin metabolik akıştaki değişiklikleri yönlendirdiğini ve bu sinyaller arasında beyin ağlarında ölçülebilen sıkı bir bağlantı oluşturduğunu gösterdik. Lokal optogenetik pertürbasyon kullanarak, sinirsel aktivitedeki geçici artışların bile sitozolik ATP'de hızlı ve kalıcı artışlarla sonuçlandığını gösterdik, bu da nöronal metabolizmanın gelecekteki aktivitenin enerji taleplerini tahmin etmek için kaynakları tahminen tahsis ettiğini gösteriyor. Son olarak, çalışmalarımız, minimum davranışsal hareketlerin başlatılmasının bile, nöral aktivite ve enerji metabolizması modelinde büyük ölçekli değişikliklere neden olduğunu ortaya koyuyor ve bu da beynin yaygın bir şekilde meşgul olduğunu ortaya koyuyor. Nöral aktivite ve enerji metabolizması arasındaki ilişki muhtemelen evrimsel olarak eski ve yüksek oranda korunmuş olduğundan, çalışmalarımız nöral aktivitedeki değişiklikleri yakalamak için metabolik vekilleri kullanmak için kritik bir temel sağlar.

    Soyut

    Anatomik bağlantı, hem bir sinir devresinin işlevini hem de onun altında yatan hesaplamayı sınırlayabilir. Bu ilke birçok küçük, tanımlanmış sinir devresi için kanıtlanmıştır. Örneğin, konektom rekonstrüksiyonları, omurgalı retina1,2 ve ayrıca Drosophila görsel sisteminde yön seçiciliği için modelleri bilgilendirmiştir.3 Bu durumlarda, söz konusu devre nispeten kompakt, iyi tanımlanmış ve bilinen işlevlere sahiptir. Bununla birlikte, bağlantının, birden fazla beyin bölgesi veya tüm beyin boyunca büyük ölçekli ağların küresel özelliklerini nasıl kısıtladığı tam olarak anlaşılmamıştır. Kısmi veya tam bağlantıların mevcudiyeti daha fazla sisteme ve türe doğru genişledikçe,4-8 bu ayrıntılı anatomik bilginin büyük ölçekli devre fonksiyonu anlayışımızı nasıl bilgilendirebileceğini anlamak kritik hale gelir.9,10 Burada, Drosophila bağlantısından4 gelen verileri kullanıyoruz. merkezi beyindeki yapısal ve işlevsel bağlantı ile ilişkilendirmek için tüm beyin invivo görüntüleme11 ile birlikte. Dinlenme durumu fonksiyonel korelasyonları ile doğrudan bölgeden bölgeye yapısal bağlantı arasında güçlü bir ilişki bulduk. Yapı ve işlev arasındaki ilişkinin beyinde farklılık gösterdiğini, bazı bölgelerin yapısal ve işlevsel bağlantı arasında sıkı bir uyum gösterdiğini, diğerlerinin ise mantar gövdesi de dahil olmak üzere dolaylı bağlantılara daha güçlü bir şekilde bağlı olduğunu bulduk. Bu çalışma boyunca, insan beyni de dahil olmak üzere memeli korteksinde görülenlere çarpıcı biçimde benzeyen Drosophila'daki yapısal ve işlevsel ağların özelliklerini gözlemliyoruz. Drosophila ve memeli sinir sistemleri arasındaki geniş anatomik ve işlevsel farklılıklar göz önüne alındığında, bu gözlemler beyin yapısını, işlevini ve ikisi arasındaki ilişkiyi yöneten genel ilkeler önermektedir.

    Soyut

    Birçok deneysel yaklaşım, tek bir hayvan içindeki belirli hücre alt kümelerinde gen ekspresyonunun kontrol edilmesine dayanır. Bununla birlikte, genetik olarak tanımlanmış bir hücre tipinin spesifik fraksiyonlarına transgen ekspresyonunu tekrarlanabilir bir şekilde hedeflemek zordur. Drosophila'daki post-mitotik hücrelerin kesin oranlarında herhangi bir efektörü ifade edebilen genelleştirilebilir bir araç seti olan Rekombinaz Yarışması (SPARC) aracılığıyla Seyrek Tahmini Aktivite geliştirdik. Bu yaklaşımı kullanarak, çeşitli hücre tiplerinde birçok efektörün hedeflenen ekspresyonunu gösteriyoruz ve bu araçları tek tek nöronların kalsiyum görüntülemesine ve in vivo olarak seyrek hücre popülasyonlarının optogenetik manipülasyonuna uyguluyoruz.

    Soyut

    İki yeni çalışma, görsel kontrasttaki değişikliklere nöronal adaptasyonun erken Drosophila görsel sisteminde yaygın olduğunu ve akış aşağı hareket dedektörlerinde hız tahminini iyileştirdiğini göstermektedir.

    Soyut

    Nöronlar, yetişkin yaşamı boyunca istikrarlı sinaptik bağlantıları koruyabilir. Bununla birlikte, olgun beyindeki sinaptik proteinlerin ekspresyonunu düzenleyen sinyaller tam olarak anlaşılamamıştır. Burada, spesifik fosfolipidlerin biyosentezi ve repertuarı ile yetişkin Drosophila fotoreseptörlerindeki sinaptik vezikül havuzu arasındaki transkripsiyonel bir geri besleme döngüsünü açıklıyoruz. Bir fosfolipid alt kümesinin biyosentezini bozan mutasyonlar, akson terminalinin dejenerasyonuna ve sinaptik veziküllerin kaybına neden olur. Akson terminalinin dejenerasyonu nöral aktiviteye bağlı olmasına rağmen, sterol düzenleyici element bağlayıcı proteinin (SREBP) aktivasyonu sinaptik vezikül kaybına neden olmak için hem gerekli hem de yeterlidir. Çalışmalarımız, SREBP'nin, membranöz organellerin kritik düzenleyicileri olan tetraspaninler ile etkileşime girerek sinaptik vezikül seviyelerini düzenlediğini göstermektedir. SREBP, nöronal olmayan hücrelerde lipid biyosentezinin evrimsel olarak korunan bir düzenleyicisidir. Çalışmalarımız, yetişkin beyninde sinaptik vezikül havuzlarının korunmasında bu geri besleme döngüsünün şaşırtıcı bir rolünü ortaya koymaktadır.

    Soyut

    Pek çok hayvan, kendi hareketlerinin neden olduğu sabit nesnelerin retina boyunca yer değiştirmesi olan optik akışı kullanarak hareketlerini yönlendirir. Hayvanlar, yerel hareket bileşenlerinden küresel bir hareket modelini seçici olarak nasıl sentezler? Bu özellik seçiciliği, dendritik işlemeye karşı devre mekanizmalarına ne ölçüde bağlıdır? Burada, Drosophila'daki küresel hareket algılama devrelerinde yerel hareket sinyallerini işlemek için sinaptik öncesi ve sonrası mekanizmaları belirlemek için invivo kalsiyum görüntüleme kullandık. Lobula plakası teğet hücreleri (LPTC'ler), yerel hareket dedektörlerinden, T4/T5 nöronlarından gelen girdileri bir araya toplayarak küresel hareketi algılar. T4/T5 nöronlarının bitişik lokal hareket sinyallerine verilen tepkileri bastırdığını, oysa LPTC dendritlerinin tercih edilen global modellerle tutarlı yerel hareket sinyallerinin uzaysal-zamansal dizilerini seçici olarak yükselttiğini gösteriyoruz. Sıralı doğrusal olmayan bastırma ve büyütme işlemlerinin, optik akış devresinin, davranış için kritik olan küresel hareket kalıpları için seçicilik yaratırken, yerel sinyallere doygun yanıtları eşzamanlı olarak önlemesine izin verdiğini öneriyoruz.

    Soyut

    Lineer mekanizmalar, birçok beyin bölgesinde özellik seçiciliğinin temellerini atarken, sineğin temel hareket dedektöründeki (EMD) yön seçiciliği, doğrusal olmayan nöronal hesaplamanın bir paradigması haline geldi. Bu bölünmeyi, doğrusal uzaysal toplamın meyve sineği Drosophila'da yön seçiciliği üretebileceğini göstererek kapattık. Genetik olarak kodlanmış bir voltaj göstergesinin doğrusal sistem analizini ve iki foton görüntülemesini kullanarak, Drosophila KAPALI yolunda yön seçici (DS) voltaj sinyallerinin ortaya çıkışını ölçüyoruz. Çalışmamız, yön seçiciliğinin ortaya çıkması için doğrusal uzamsal toplamın yeterli olduğuna dair çarpıcı bulguyla, yön sinyallerinin altında yatan algoritmanın doğrudan, nicel bir araştırmasıdır. Sinek EMD'nin doğrusal bir aşaması, omurgalı görsel korteksindeki benzer hesaplamalara güçlü bir şekilde benzer, yukarı akış doğrusal olmamalarının rolünün yeniden değerlendirilmesini gerektirir ve bu sistemdeki özellik seçiciliğinin iyileştirilmesinde voltaj-kalsiyum dönüşümünü içerir.

    Soyut

    Görsel dünyadaki hareket, gören hayvanların davranışlarını yönlendirmek için kritik bilgiler sağlar. Ayrıca, görsel hareket tahmini, girişler arasında ve zaman içinde sinyallerin karşılaştırmasını gerektirdiğinden, paradigmatik ve genelleştirilebilir bir sinirsel hesaplamayı temsil eder. Son zamanlarda bir teknolojik ilerleme patlamasının deneysel ilerlemeyi hızlandırdığı Drosophila görsel sistemine odaklanarak, hareket sinyallerinin ilk olarak algoritmik ve mekanik olarak nasıl hesaplandığına dair anlayışımızı gözden geçiriyoruz. Yıllık Gözden Geçirme Bilimi Cilt 4 için beklenen nihai çevrimiçi yayın tarihi 15 Eylül 2018'dir. Revize edilmiş tahminler için lütfen http://www.annualreviews.org/page/journal/pubdates bakın.

    Soyut

    Retinotopik haritalar, görsel sistem kablolamasının temel bir düzenleme ilkesini temsil eder. Yakın zamanda yapılan bir çalışma, gelişim stratejilerinin dikkatli bir şekilde koordinasyonunun aynı anda nasıl çeşitli hücre türleri dizisini oluşturabileceğini ve karmaşık bir bağlantı şeması oluşturabileceğini göstermektedir.

    Soyut

    Beynin işlevinin, çıktısının doğru bir tanımı olmadan anlaşılması olası değildir, ancak hareket öğelerinin doğası ve bunların organizasyonu açık bir sorun olmaya devam etmektedir. Burada hareket unsurları, yansız kriterler kullanılarak sineklerde yürüme dinamiklerinden tanımlanır. Bir zaman ölçeğinde, yürüme dinamikleri yüzlerce milisaniyeden fazla tutarlıdır ve temel özelliklerin tanımlanmasına izin verir. Daha uzun süreler boyunca yürüme, bu temel özelliklerden oluşan stokastik bir süreç tarafından iyi bir şekilde tanımlanır ve bu sürecin üretken bir modeli, bireysel davranış dizilerini saniyeler veya daha uzun bir sürede doğru bir şekilde yeniden üretir. Temel özellikler içinde, hızlar birbirinden ayrılır, bu da hareket elemanlarının dinamik kararlılığının zayıf bir davranışsal kısıtlama olduğunu düşündürür. Aksine, uzun vadeli istikrarsızlık, bu temel özellikler arasındaki sonlu hafıza ile sınırlanabilir. Bu yapı, biyolojik sistemlerde, kombinasyonlarının dinamik stabilite için ayarlanması gerekmeyen elementlerden nasıl karmaşık dinamiklerin ortaya çıkabileceğini gösterir.

    Soyut

    Gen fonksiyonu hücre tipini spesifik olarak manipüle etmek, Drosophila araştırmalarında ortak bir deneysel hedeftir ve nöral gelişim, devre hesaplama ve davranış çalışmalarının merkezinde yer almıştır. Bununla birlikte, sineklerdeki mevcut hücre tipine özgü gen parçalama teknikleri, genellikle gen aktivitesini eksik bir şekilde azaltır veya hücre bölünmesine dayanır. Burada, post-mitotik hücrelerde koşullu gen bozulması ve kurtarma için genelleştirilebilir bir araç olan FlpStop'u açıklıyoruz. Prensip kanıtı deneylerinde, kanat gelişiminin bir düzenleyicisi olan apterous'u manipüle ettik. Daha sonra, Glutamik asit dekarboksilaz 1 (Gad1) ve dieldrin'e Dirençli (Rdl), GABAerjik sinir iletimi için hayati genlerin yanı sıra kakofoni (cac) ve paralitik (para), nöronal merkezi voltaj kapılı iyon kanallarının koşullu boş alellerini ürettik. uyarılabilirlik. Bu yaklaşımın faydasını göstermek için, belirli bir görsel internöron tipinde cac'yi manipüle ettik ve hücre altı bölmeler boyunca kalsiyum sinyallerinin diferansiyel düzenlemesini keşfettik. Böylece FlpStop, genler, devreler ve hesaplama arasındaki etkileşimlerin araştırılmasını kolaylaştıracaktır.

    Soyut

    Beynin derinliklerinde tanımlanmış nöronlardaki voltaj dinamiklerini izlemek, nöronal devrelerin işlevini çözmek için kritik öneme sahiptir, ancak mevcut araçların sınırlı performansı nedeniyle zordur. Özellikle, genetik olarak kodlanmış voltaj göstergeleri, voltaj geçişlerinin optik tespiti için umut vaat ederken, birçok gösterge, iki foton aydınlatması altında görüntülendiğinde düşük hassasiyet sergiler. Bu nedenle önceki çalışmalar, tek denemelerde bireysel nöronlardaki voltaj dinamiklerini görselleştirmede yetersiz kaldı. Burada, geliştirilmiş hassasiyete sahip yeni bir voltaj göstergesi olan ASAP2'leri rapor ediyoruz.Rastgele erişimli çoklu foton mikroskobu kullanarak ASAP2'leri görüntüleyerek, organotipik dilim kültürlerinde aksiyon potansiyellerinin sağlam tek denemeli tespitini gösteriyoruz. Ayrıca, ASAP2'lerin organotipik dilim kültürlerinde ve Drosophila'da dereceli potansiyellerin iki fotonlu görüntülemesini sağladığını da gösteriyoruz. Bu sonuçlar, ASAP2'lerin ve hızlı iki fotonlu görüntüleme yöntemlerinin kombinasyonunun, hücre altı uzaysal çözünürlük ve milisaniyelik zaman ölçeği hassasiyeti ile nöral elektriksel aktivitenin tespit edilmesini sağladığını göstermektedir.

    Soyut

    Duyusal deneyimleri yeni veya tanıdık olarak sınıflandırmak, sinirsel işleme için temel bir zorluğu temsil eder. Cell'in bu sayısında Hattori ve ark. Başlangıçta bir meyve sineğini ilgilendiren yeni bir uyaranın tanıdık bir uyarana dönüştüğü bir devre mekanizmasını tanımlar.

    Soyut

    Sinirbilimin uzun süredir devam eden bir hedefi, büyük ölçekli beyin ağlarında hesaplamaların nasıl uygulandığını anlamak olmuştur. "Dinlenme durumları" [1] sırasında spontan aktiviteyi ilişkilendirerek, insanlarda içsel beyin ağları çalışmaları, görevle ilgili aktivasyon kalıpları [2], davranışla ilişkiler [3] ve yaşlanma gibi süreçlerdeki değişiklikler [4] ile bir yazışma göstermiştir. ] ve beyin bozuklukları [5], beyin fonksiyonunu anlamak için dinlenme durumu ölçümlerinin önemini vurgulamaktadır. Burada, sinirsel hesaplama çalışması için güçlü bir model olan Drosophila'daki içsel fonksiyonel bağlantıyı ölçmek için yöntemler geliştiriyoruz. Kalsiyum görüntüleme kullanan son çalışmalar, zebra balığı, Drosophila larvaları ve solucanlarda yüksek uzaysal ve zamansal çözünürlükte nöral aktiviteyi ölçmüştür [6-10]. Örneğin, zebra balığı beynindeki kalsiyum görüntüleme, son zamanlarda orta beyin ve arka beyin arasındaki korelasyonları ortaya çıkardı ve model organizmalarda içsel fonksiyonel bağlantıların ölçülmesinin faydasını gösterdi [8]. İnsan bağlantı araştırmalarının önemli bir bileşeni, bulguları bireyler ve çalışmalar arasında karşılaştırmak için beyin atlaslarının kullanılmasıdır [11]. Merkezi yetişkin sinek beyninin anatomik bir atlası yakın zamanda tanımlanmıştır [12], ancak bir atlasın tam beyin kalsiyum görüntülemesiyle birleştirilmesi henüz yetişkin Drosophila'da in vivo olarak gerçekleştirilmemiştir. Burada, merkezi beyinden kalsiyum sinyalleri alarak Drosophila'daki içsel fonksiyonel bağlantıyı ölçüyoruz. Atlas bölgelerine işlevsel veriler atamak ve beyin ağları oluşturmak için bölgeler arasındaki aktiviteyi ilişkilendirmek için bir hizalama prosedürü geliştiriyoruz. Bu çalışma, sinirsel iletişim için büyük ölçekli bir mimari ortaya koyuyor ve işlevsel beyin ağlarını incelemek için Drosophila'yı kullanmak için bir çerçeve sağlıyor.

    Soyut

    Yeni bir çalışma, bir Drosophila larvasının görsel sisteminin konektomunu - tüm nöronların şekillerini ve bağlantılarını - haritaladı ve larva görüşünün sinirsel devrelerini anlamak için yapısal bir temel sağladı.

    Soyut

    Nöronların aktivitesi ve bakımı, önemli metabolik enerji gerektirir ve bu da sinir sistemi tarafından kaynak tüketimini azaltmak için seçici baskıya neden olur. Kablolama ekonomisi ilkesi, hayvanların nörit uzunluğunu en aza indirerek devreleri verimli bir şekilde kablolayan mekanizmalar geliştirdiğini öne sürüyor. Nöronal morfoloji, mikro devre organizasyonu ve sinir ağlarının hesaplamalı modellemesi, kablolama ekonomisinin sinir sistemi düzeninin önemli bir belirleyicisi olduğunu ortaya koymaktadır. Kablolama maliyetlerini düşürme stratejileri şubeler arasında paylaşılır ve verimli sinir sistemlerinin gelişimini belirleyen genelleştirilebilir kuralların olasılığına işaret eder. Kablolama ekonomisini destekleyen gelişimsel mekanizmalar ancak şimdi açıklığa kavuşturulduğundan, bu fenomenin moleküler temelinin korunmuş genetik programların mı yoksa yakınsak evrimin sonucu mu olduğu henüz belirlenmemiştir.

    Soyut

    Kirpi sinyali, omurgalı merkezi sinir sistemi (CNS) gelişimi için kritik öneme sahiptir, ancak diğer organizmalarda CNS biyolojisindeki rolü tam olarak tanımlanmamıştır. Planaryan Schmidtea mediterranea'da, kirpi (hh) medial sefalik ganglion nöronlarında eksprese edilir, bu da CNS bakımı veya rejenerasyonunda olası bir rol olduğunu düşündürür. Hh reseptörünü kodlayan hh ve yamalı (ptc) RNAi'sini takiben düzlemsel beyin dokusunun RNA dizilimini gerçekleştirdik. İki yanlış düzenlenmiş gen, ara filament-1 (if-1) ve kalamar (cali), daha önce tanımlanmamış bir sinirsel olmayan CNS hücre tipinde eksprese edildi. Bu hücreler, nörotransmiter alımı ve metabolizmasında yer alan astrosit ile ilişkili genlerin ortologlarını ve yüksek sinaps konsantrasyonunun bölgelerini saran genişletilmiş süreçleri ifade etti. Bu hücrelerin planaryan glia olduğunu öneriyoruz. Planaryan glia geniş bir şekilde dağıldı, ancak sadece hh(+) nöronlarının yakınındaki nöropilde if-1 ve cali ifade edildi. Planaryan glia ve bunların Kirpi sinyali ile düzenlenmesi, glia biyolojisinin diseksiyonu için yeni bir izlenebilir sistem sunar.

    Soyut

    Hayvan filumlarında, hareket görüşü, zıt, sıfır yöne göre tercih edilen bir yönde hareket eden uyaranlara tercihli olarak yanıt veren nöronlara dayanır. Drosophila'nın temel hareket dedektöründe, yön seçiciliği iki nöron tipinde, T4 ve T5'te ortaya çıkar, ancak bu seçiciliğin altında yatan hesaplama algoritması bilinmemektedir. Hem T4 hem de T5'in alıcı alanlarının, her biri uzay-zamanda eğik olarak yönlendirilmiş, uzay-zamansal olarak dengelenmiş ışık tercih eden ve karanlık tercih eden alt alanlar sergilediğini bulduk. Doğrusal-doğrusal olmayan bir modelleme çerçevesinde, T5 alıcı alanının uzaysal-zamansal organizasyonu, hareket uyaranlarına yanıt olarak T5'in aktivitesini tahmin eder. Bu bulgular, yön seçiciliğinin, tercih edilen yönde harekete verilen yanıtların geliştirilmesinden ve ayrıca sıfır yönünde harekete verilen yanıtların bastırılmasından ortaya çıktığını göstermektedir. Bu nedenle, dikkat çekici bir şekilde, T5, Hassenstein-Reichardt bağdaştırıcısı ve Barlow-Levick dedektörü tarafından kullanılan temel algoritmik stratejileri içerir. T5 için modelimiz ayrıca hareket eden karanlık kenarlar için T5'in seçiciliği için algoritmik bir açıklama sağlar: modelimiz bu uyarıcı sınıfındaki hareketle ilgili tüm iki ve üç noktalı uzay-zaman korelasyonlarını yakalar. Daha geniş olarak, bulgularımız, giriş yolu görsel işlemesinin, özellikle merkez-çevre, geçici olarak iki fazlı alıcı alanların, T5'te yön seçiciliğinin üretilmesine katkısını ortaya koymaktadır. Drosophila'daki T5'in uzaysal-zamansal alıcı alanı, omurgalı görsel korteksindeki basit hücre için ortak olduğundan, T5'in uyaran-tepki modelimiz, yaygın bir hesaplamanın daha ayrıntılı, mekanik modellerini tanımlamak için deneysel olarak izlenebilir bir bağlamda çabalara bilgi verecektir. Özellik seçici nöronlar Şaşırtıcı derecede spesifik uyaranlara tercihli olarak yanıt vererek, algı için nörobiyolojik temeli sağlar. Yön seçiciliği, birçok türde incelenmiş olan paradigmatik bir özellik seçiciliği modeli olarak hizmet eder. Böcek temel hareket dedektörleri, 60 yıldır yön seçiciliğinin önde gelen deneysel modelleri olarak hizmet etmiş olsa da, temel algoritmalarının temel sorusu cevapsız kalmaktadır. Hücre içi kalsiyum sinyallerinin in vivo iki foton görüntülemesini kullanarak, Drosophila görsel sistemindeki birinci yön seçici hücrelerin alıcı alanlarını ölçüyoruz ve hareket yönünü hesaplamak için kullanılan algoritmayı tanımlıyoruz. Bu alıcı alanların hesaplamalı modellemesi, harekete verilen tepkileri tahmin eder ve bu devrenin hareket eden karanlık kenarlara özgü birçok yararlı korelasyonu nasıl verimli bir şekilde yakaladığını ortaya çıkarır.

    Soyut

    Nöral hesaplamanın mekanik olarak anlaşılması, bilginin nöronlardan ve sinapslardan geçerken nasıl işlendiğini belirlemeyi gerektirir. Bununla birlikte, in vivo olarak aksonlarda ve dendritlerde membran potansiyeli değişikliklerini ölçmek zor olmuştur. Drosophila görsel sistemindeki duyusal uyaranla uyarılmış sinyalleri hücre altı çözünürlükle ölçmek için in vivo, yeni genetik olarak kodlanmış voltaj göstergelerinin iki foton görüntülemesini ve ayrıca kalsiyum görüntülemeyi kullanıyoruz. Sinapslar boyunca, ışığa verilen voltaj tepkilerinin kinetik, genlik ve işaretlerinde büyük dönüşümler buluyoruz. Ayrıca, yerel hesaplama için bir substrat olan farklı nöronal bölmelerdeki voltaj ve kalsiyum sinyalleri arasındaki farklı ilişkileri de tanımlıyoruz. Son olarak, türler arasında görsel işlemenin temel bir özelliği olan AÇIK ve KAPALI seçiciliğinin, membran potansiyelinin hücre içi kalsiyum konsantrasyonuna dönüştürülmesi yoluyla ortaya çıktığını gösterdik. Hücre altı çözünürlükle bilgi akışını haritalamak için voltaj ve kalsiyum sinyallerini görüntüleyerek, kritik hesaplamaların nerede ve nasıl ortaya çıktığını aydınlatıyoruz.

    Soyut

    İşitsel iletişim, birçok hayvanın sosyal etkileşimlerinin merkezinde yer alır. Meyve sineklerinde erkekler dişilere kur yapmak için şarkı söyler. Coen et al. (2016), erkeklerin bir kadına olan mesafeye göre şarkılarının ses yüksekliğini dinamik olarak ayarlayabildiğini göstermektedir.

    Soyut

    Görsel hareket ipuçları, birçok hayvan tarafından çok çeşitli ortamlarda navigasyona rehberlik etmek için kullanılır. Uzun süredir devam eden teorik modeller, hareketi algılamak için ışık sinyallerini uzay ve zaman boyunca karşılaştıran hesaplamalar hakkında tahminlerde bulundu. Bağlantısal ve fizyolojik yaklaşımlar kullanılarak, Drosophila görsel sisteminde çeşitli algoritmik adımları uygulayabilen aday devreler önerilmiştir. Bu yollar, fotoreseptörleri lamina ve medulladaki internöronlar aracılığıyla lobula ve lobula plakasındaki yön seçici hücrelere bağlar. Bununla birlikte, bu devrelerin işlevsel mimarisi tam olarak anlaşılmamıştır. Burada, medulla nöron Tm9'u hareketle uyarılmış davranışsal tepkiler için kritik olarak tanımlamak için ileri bir genetik yaklaşım kullanıyoruz. Genetik susturma ile birlikte in vivo kalsiyum görüntüleme kullanarak, Tm9'u hareket algılama devresine yerleştiririz. Tm9, lamina nöronları L3'ten ve beklenmedik bir şekilde L1'den fonksiyonel girdiler alır ve bilgiyi yön seçici T5 nöronuna iletir. Tm9'un morfolojisi, bu hücrenin devreleri uzaydaki yerel noktalar hakkında bilgilendireceğini öne sürerken, Tm9 uzamsal alıcı alanının büyük olduğunu bulduk. Böylece, bu devre, temel hareket dedektörlerini görsel sahnenin geniş bir bölgesi hakkında bilgilendirir. Ek olarak, Tm9, gelen ışık düzenleri hakkında tonik bir sinyal sağlayan sürekli tepkiler sergiler. Tm9'un susturulması, çok çeşitli farklı hareket koşulları altında T5 nöronlarının tepki genliğini önemli ölçüde azaltır. Bu nedenle, verilerimiz, temel hareket işleme için sürekli ve geniş alan sinyallerinin gerekli olduğunu göstermektedir.

    Soyut

    Bir sahnedeki kenarların yönünü ve hareketini algılamak, birçok hayvanın görsel olarak yönlendirilen davranışları için kritik öneme sahiptir. Beynin bu tür davranışsal olarak hayati görsel ipuçlarını çıkarmasına izin veren devre algoritmaları nelerdir? Drosophila'da in vivo iki fotonlu kalsiyum görüntüleme kullanarak, yerel hareket dedektörleri olan T4 ve T5 nöronlarının dendritlerindeki yön seçici sinyalleri tanımlıyoruz. Bu devrenin, hareket algılama modellerini kısıtlayan ve Hassenstein-Reichardt korelatörünün (HRC) temel bir tahminini doğrulayan bir gözlem olan yerel ışık girdilerinin seçici amplifikasyonunu gerçekleştirdiğini gösteriyoruz. Bu nöronlar aynı zamanda yönelim seçicidir, tercih ettikleri hareket eksenine dik olan statik özelliklere güçlü bir şekilde yanıt verir, bu HRC tarafından tahmin edilmeyen bir ayarlama özelliğidir. Oryantasyon ve yönün bu çakışık çıkarılması, surround inhibisyon yoluyla yön ayarlamasını keskinleştirir ve sineklerdeki görsel işleme ile omurgalı korteks arasında çarpıcı bir paralellik ortaya çıkararak hareket işleme için evrensel bir strateji önerir.

    Soyut

    Nöronlardaki yapısal değişiklikleri hayvan davranışlarına bağlamanın zor olduğu kanıtlanmıştır. Pesakou ve ark. Rho aktivitesinin aracılık ettiği günlük akson çardak uzatma ve geri çekme döngülerini meyve sineğindeki sirkadiyen ve mevsimsel davranış kalıplarına bağlayın.

    Soyut

    Hücre içi Ca(2+), yaygın olarak kullanılan bir nöronal aktivite göstergesidir. Burada, kalmodulin ile hedef peptidi arasındaki Ca(2+)-bağımlı etkileşimleri bildirmek için ikili bir ekspresyon sistemi kullanan, Drosophila'daki hücre içi Ca(2+) (TRIC) transkripsiyonel bir raportörünü açıklıyoruz. İn vitro tahlillerin TRIC'in in vivo özelliklerini öngördüğünü ve duyusal sistemlerdeki TRIC sinyallerinin nöronal aktiviteye bağlı olduğunu bulduk. TRIC, nöropeptid F eksprese eden nöronların cinsel yoksunluğa ve nöroendokrin pars intercerebralis hücrelerinin gıda ve uyarılmaya karşı verdiği tepkiler gibi yavaş değişen nöronal tepkileri nicel olarak izleyebildi. Ayrıca, besinle aktive olan hücrelerde bir nöronal susturucunun TRIC ile indüklenen ekspresyonu, stres direncini arttırdı ve TRIC'in devre manipülasyonu için kullanılabileceğine dair bir ilke kanıtı sağladı. Bu nedenle, TRIC, nöronal aktivitenin, özellikle de mevcut yöntemlerle zayıf bir şekilde yakalanan fizyolojik durumlardaki yavaş değişiklikleri yansıtanların izlenmesini ve manipülasyonunu kolaylaştırır. TRIC'in modüler tasarımı, optimizasyon ve diğer organizmalara uyum sağlamalıdır.

    Soyut

    Hücre içi Ca(2+), yaygın olarak kullanılan bir nöronal aktivite göstergesidir. Burada, kalmodulin ile hedef peptidi arasındaki Ca(2+)-bağımlı etkileşimleri bildirmek için ikili bir ekspresyon sistemi kullanan, Drosophila'daki hücre içi Ca(2+) (TRIC) transkripsiyonel bir raportörünü açıklıyoruz. İn vitro tahlillerin TRIC'in in vivo özelliklerini öngördüğünü ve duyusal sistemlerdeki TRIC sinyallerinin nöronal aktiviteye bağlı olduğunu bulduk. TRIC, nöropeptid F eksprese eden nöronların cinsel yoksunluğa ve nöroendokrin pars intercerebralis hücrelerinin gıda ve uyarılmaya karşı verdiği tepkiler gibi yavaş değişen nöronal tepkileri nicel olarak izleyebildi. Ayrıca, besinle aktive olan hücrelerde bir nöronal susturucunun TRIC ile indüklenen ekspresyonu, stres direncini arttırdı ve TRIC'in devre manipülasyonu için kullanılabileceğine dair bir ilke kanıtı sağladı. Bu nedenle, TRIC, nöronal aktivitenin, özellikle de mevcut yöntemlerle zayıf bir şekilde yakalanan fizyolojik durumlardaki yavaş değişiklikleri yansıtanların izlenmesini ve manipülasyonunu kolaylaştırır. TRIC'in modüler tasarımı, optimizasyon ve diğer organizmalara uyum sağlamalıdır.

    Soyut

    Koku veren maddelere karşı doğuştan gelen çekim ve isteksizlik, hayvanlar aleminde gözlemlenir, ancak koku alma devrelerinin bu değerlilikleri nasıl kodladığı, kapsamlı anatomik ve işlevsel bilgilere rağmen iyi anlaşılmamıştır. Drosophila melanogaster'da,

    50 tip olfaktör reseptör nöronu (ORN'ler) her biri benzersiz bir reseptör geni ifade eder ve bilgiyi aynı türden bir projeksiyon nöronuna (PN'ler) iletir. ORN'lerin popülasyon aktivitesinin koku alma davranışı için ne ölçüde gerekli olduğunu incelemek için, tüm ORN çıktılarını engellemek ve ardından belirli tiplerde çıktıyı geri yüklemek için bir genetik strateji geliştirdik. Çekicilikten farklı olarak, isteksizlik birçok ORN'nin aynı anda susturulmasından etkilenmedi ve daha önce nötr değerlik taşıdığı gösterilen tek ORN türleri bile kaçınmaya aracılık etmek için yeterliydi. Bu nedenle, kaçınma, aktive edilmiş ORN'lerin sayısı veya kimliğinden ziyade bireysel ORN'lerdeki spesifik aktivite modellerine dayanabilir. ORN aktivitesi, büyük bir çıktıyı temsil eden uyarıcı PN'ler (ePN) ile aşağı akım devreleri tarafından beyne iletilir. ePN'lerin çoğunun susturulmasının, geri yüklenen tek ORN türlerinin doğrudan akış aşağısındaki ePN'ler susturulduğunda bile, isteksizliği etkilemediğini bulduk. Verilerimiz koku alma isteksizliğinin sağlamlığını gösteriyor ve devre mekanizmasının çekicilikten niteliksel olarak farklı olduğunu öne sürüyor.

    Soyut

    Koku vericilere karşı doğuştan gelen çekim ve isteksizlik hayvanlar aleminde gözlemlenir, ancak koku alma devrelerinin bu değerlilikleri nasıl kodladığı, kapsamlı anatomik ve işlevsel bilgilere rağmen iyi anlaşılmamıştır. Drosophila melanogaster'da,

    50 tip olfaktör reseptör nöronu (ORN'ler) her biri benzersiz bir reseptör geni ifade eder ve bilgiyi aynı türden bir projeksiyon nöronuna (PN'ler) iletir. ORN'lerin popülasyon aktivitesinin koku alma davranışı için ne ölçüde gerekli olduğunu incelemek için, tüm ORN çıktılarını engellemek ve ardından belirli türlerde çıktıyı geri yüklemek için bir genetik strateji geliştirdik. Çekicilikten farklı olarak, isteksizlik birçok ORN'nin aynı anda susturulmasından etkilenmedi ve daha önce nötr değerlik taşıdığı gösterilen tek ORN türleri bile kaçınmaya aracılık etmek için yeterliydi. Bu nedenle, kaçınma, aktive edilmiş ORN'lerin sayısı veya kimliğinden ziyade bireysel ORN'lerdeki spesifik aktivite modellerine dayanabilir. ORN aktivitesi, büyük bir çıktıyı temsil eden uyarıcı PN'ler (ePN) ile aşağı akım devreleri tarafından beyne iletilir. ePN'lerin çoğunun susturulmasının, geri yüklenen tek ORN türlerinin doğrudan akış aşağısındaki ePN'ler susturulduğunda bile, isteksizliği etkilemediğini bulduk. Verilerimiz koku alma isteksizliğinin sağlamlığını gösteriyor ve devre mekanizmasının çekimden niteliksel olarak farklı olduğunu öne sürüyor.

    Soyut

    Doğrusal polarize ışık (POL), birçok hayvan için önemli bir ipucu olarak hizmet eder, navigasyon bilgisi sağlar ve onları yiyecek kaynaklarına ve üreme bölgelerine yönlendirir. Birçok böcek, göksel polarizasyon modelini veya su gibi yüzeylerden doğrusal olarak polarize yansımaları algılar. Farklı böcek türlerinde göksel POL görüşünden sorumlu olan hem retina dedektörlerini hem de akış aşağı devre elemanlarını karakterize etmek için çok ilerleme kaydedilmiştir, ancak polarize yansımaların nasıl tespit edildiğinin nöral temeli hakkında çok daha az şey bilinmektedir. Daha önce, Drosophila melanogaster popülasyonlarının retinanın dorsal veya ventral yarısına sunulan POL uyaranlarına spontan oryantasyon tepkisini incelemek için yeni, tam otomatik bir davranış tahlili kurduk. Bu tepkilere aracılık eden ayrı retina dedektörleri belirledik: uzun süredir göksel POL görüşüne dahil olan 'Dorsal Çevre Alanı' (DRA) ve daha önce karakterize edilmemiş bir 'ventral polarizasyon alanı' (VPA). Bu çalışmada, spontan davranış tepkilerine aracılık etmek için DRA ve VPA'nın aynı veya farklı aşağı akış devresini kullanıp kullanmadığını araştırıyoruz. Davranış paradigmamızla birlikte homozigot mutantlar veya moleküler genetik devre kesici araçlar (sinaptik aktivitenin kurtarılmasının yanı sıra susturma) kullanıyoruz. Dorsal ve ventral stimülasyona verilen yanıtların, lamina monopolar hücre L2 ve medulla hücre tipleri Dm8/Tm5c gibi önceden karakterize edilmiş optik lob nöronlarını içerdiğini gösterdik. Bununla birlikte, farklı deneysel koşullar kullanarak, DRA ile VPA'nın akış aşağısındaki bu hücre tiplerinin gereksinimleri arasında önemli farklılıklar olduğunu gösterdik. Bu nedenle, göksel ve yansıyan POL ipuçlarına davranışsal tepkilerin altında yatan nöral devreler önemli yapı taşlarını paylaşırken, bu elemanlar ağ içinde farklı işlevsel roller oynar.

    Soyut

    Görsel hareket ipuçlarını çıkarmak için parlaklıktaki uzamsal-zamansal değişiklikleri işleyen algoritmalar ve sinir devreleri yoğun araştırmaların odak noktası olmuştur. Etkili bir model olan Hassenstein-Reichardt korelatörü, bir giriş sinyalini diğerine göre geciktirerek, uzaysal olarak ayrılmış iki giriş kanalının diferansiyel zamansal filtrelemesine dayanır. Belirli bir yöndeki hareket, bu gecikmeli ve gecikmesiz parlaklık sinyallerinin beyinde sonraki bir işlem adımına eşzamanlı olarak ulaşmasına neden olur, bu sinyaller daha sonra yön seçici bir yanıt üretmek için doğrusal olmayan bir şekilde yükseltilir. Drosophila'daki son çalışma, hareketli açık veya koyu kenarlara seçici olarak yanıt veren iki paralel yol tanımladı. Bu yolların her biri, gelen sinyallere uygulanacak iki kritik işlem adımı gerektirir: uzamsal giriş kanalları arasındaki diferansiyel gecikme ve parlaklık artış ve azalma sinyallerinin farklı işlenmesi.Burada, in vivo yama-kelepçe kayıtlarını kullanarak, dört medulla nöronunun bu iki işlem adımını uyguladığını gösteriyoruz. Mi1 ve Tm3 nöronları, Mi1'in yanıtı Tm3'e göre gecikmeli olarak, parlaklık artışlarına seçici olarak yanıt verir. Tersine, Tm1 ve Tm2, ​​parlaklık düşüşlerine seçici olarak yanıt verir, Tm1'in yanıtı Tm2'ye kıyasla gecikmelidir. Dikkat çekici bir şekilde, bu ölçümleri kullanan Hassenstein-Reichardt korelatör modellerinin kısıtlanması, zamansal frekans ayarlama ve açık ve koyu kenarlar için özgüllük dahil olmak üzere, hareket dedektörlerinin önceden ölçülen özellikleriyle tutarlı çıktılar üretir. Mi1 ve Tm3'ün açık kenarların algılanmasından sorumlu korelatörün gecikmeli ve gecikmesiz giriş kanallarının kritik işlemlerini gerçekleştirmesini, Tm1 ve Tm2'nin ise hareketli karanlık kenarların algılanmasında benzer roller oynamasını öneriyoruz. Verilerimiz, belirli medulla nöronlarının, Hassenstein-Reichardt korelatöründeki bağıntılı işlemden önce gelen algoritmik adımları uygulamalarına izin veren yanıt özelliklerine sahip olduğunu ve anında hareket algılamanın uzun süredir aranan nöral substratlarının unsurlarını ortaya çıkardığını göstermektedir.

    Soyut

    Drosophila'da, dört iç fotoreseptör nöron, örtüşen ancak farklı spektral hassasiyetler sergiler ve spektral tercihi yansıtan davranışlara aracılık eder. Dört kromatik fotoreseptörün bağlantılarının tanımlanmasına izin veren Tango-Trace adlı genetik bir strateji geliştirdik. Dört stokastik olarak dağıtılmış kromatik fotoreseptör alt tipinin her biri, medullada dört farklı TmY hücresi ile farklı bağlantılar kurar. Ayrıca, her bir TmY hücresi sınıfı, hem medulla hem de lobula kompleksinde bir retinotopik harita oluşturarak, farklı renk bilgileri taşıyabilen üst üste binen dört topografik harita oluşturur. Böylece, dört iç fotoreseptör, hem medulla hem de lobula kompleksinde birleşebilen farklı kanallar aracılığıyla spektral bilgiyi iletir. Bu projeksiyonlar, renk görüşü için anatomik bir temel sağlayabilir ve renkle ilgili bilgileri harekete duyarlı alanlara aktarabilir. Ayrıca, kullandığımız Tango-Trace stratejisi daha genel olarak sinek beynindeki sinir devrelerini tanımlamak için uygulanabilir.

    Soyut

    Görsel hareket ipuçları, hayvanlara çevreleri hakkında kritik bilgiler sağlar ve çeşitli davranışlara rehberlik eder. Hareket tahminini gerçekleştiren sinir devreleri, sinirsel hesaplamanın mantığını incelemek için iyi kısıtlanmış bir model sistemi sağlar. Meyve sineği Drosophila melanogaster'da bulunan güçlü genetik araçlardan yararlanan davranışsal, fizyolojik ve anatomik deneylerin bir araya gelmesiyle, görsel hareketi hesaplayan sinir yollarının bir anahattı ortaya çıktı. Burada bu yolları, onları destekleyen kanıtları ve duyusal girdileri davranışa bağlayan devreleri ve hesaplamaları anlamada kalan zorlukları tanımlıyoruz. Sinekler ve omurgalılar üzerinde yapılan çalışmalar, devre anatomisi ve yapısındaki derin farklılıklara rağmen, farklı hayvanlardaki hareket işleme yolları arasında bir takım işlevsel benzerlikler ortaya çıkarmıştır. Yakınsak hesaplamalı sonuçlara ulaşmak için farklı devre mekanizmalarının kullanılması, sinir sisteminin evrimine ışık tutmaktadır.

    Soyut

    Solucanlar, sinekler ve memelilerdeki nöronal devreler, işlevsel sayıda sinaptik bağlantı için kablolama uzunluğunu en aza indirecek şekilde düzenlenir; bu, kablolama optimizasyonu adı verilen bir olgudur. Bununla birlikte, geliştirme sırasında optimal kablolamayı oluşturan moleküler mekanizmalar bilinmemektedir. Bu soruyu, Drosophila'nın periferik görsel sisteminde optimal olarak bağlanmış nörit fasiküllerinin gelişiminde N-kadherinin rolünü inceleyerek ele aldık. Fotoreseptör aksonları, kartuş adı verilen eşmerkezli bir fasikül içinde lamina hücreleri adı verilen postsinaptik hedeflerinin dendritlerini çevreler. N-kadherin, lamina hücrelerde fotoreseptörlerden daha yüksek seviyelerde eksprese edilir ve bu nispi farklılıkları tersine çeviren tüm genetik manipülasyonlar, lamina hücrelerini perifere kaydırır ve fotoreseptör akson terminallerini merkeze yerleştirir. Tek bir kaderinin farklı ekspresyonu hem gerekli hem de yeterlidir. Kartuş yapısını belirlemek için, çünkü en fazla sinaps yapan en yapışkan elemanları çekirdekte ve daha az sinaps yapan daha az yapışkan elemanları çevrede konumlandırıyor. Bu sonuçlar, optimum kablolama oluşturmak için aksonların ve dendritlerin göreli konumlarını belirlemek için farklı yapışmanın kullanılabileceği genel bir model önerir.

    Soyut

    Duyusal uyaranları hayvan davranışına bağlayan mekanizmaları anlamak, sinirbilimde merkezi bir zorluktur. Tanımlanmış uyaranlara davranışsal tepkilerin niceliksel açıklaması, birçok türde farklı davranış stratejilerinin zengin bir şekilde anlaşılmasına yol açmıştır. Birçok omurgalı ve böcek tarafından algılanan önemli bir yön bulma ipucu, lineer polarize ışığın e-vektör yönelimidir. Drosophila, vücut eksenini e-vektör alanıyla hizalayarak bu işarete ('polarotaxis') doğuştan gelen bir yönelim tepkisi gösterir. Polarotaksiyi hem göksel hem de yansıyan polarize uyaranlara yönlendiren nöral devrelerin genetik diseksiyonu için popülasyona dayalı bir davranış paradigması kurduk. Bununla birlikte, sineklerin lineer olarak polarize bir uyaranla aynı hizaya gelmesini sağlayan davranışsal mekanizmalar bilinmemektedir. Burada, uyarıcı tarafından modüle edilen davranışsal parametreleri sistematik olarak ölçen Drosophila polarotaxis'in ayrıntılı bir nicel açıklamasını sunuyoruz. Hizalama sırasında açısal ivmenin modüle edildiğini ve bu tek parametrenin hizalama için yeterli olabileceğini gösteriyoruz. Ayrıca, monoküler yoksunluğu kullanarak, ipsilateral yönde dönüşleri modüle etmek için her bir gözün gerekli olduğunu gösterdik. Bu analiz, sinirsel devrelerin bu önemli görsel davranışlara nasıl rehberlik ettiğini anlamak için temel oluşturur.

    Soyut

    Beyin, hareketi elde etmek için uzay ve zaman üzerinden görsel girdileri nasıl karşılaştırır? Elektron mikroskobik (EM) ve moleküler analizler, Drosophila'da hareket işleme için yeni bir devre mimarisi ortaya koyuyor. Sinaptik bağlantıların ağırlıklandırılmasında ve hızlı ve yavaş nikotinik reseptörlerin farklı kullanımında bir denge, mekansal-zamansal karşılaştırmaları uygulayabilecek bir mekanizma önerir.

    Soyut

    Transposable elementlerin genomik konumlarını belirlemek, ortak bir deneysel hedeftir. Büyük transpozon ekleme koleksiyonlarını haritalarken, bireyselleştirilmiş amplifikasyon ve sıralama hem zaman alıcı hem de maliyetlidir. Benzersiz bir barkodlu havuzlar kümesinde hat kimliğini kodlamak için dijital hata düzeltme kodları kullanarak tek bir DNA dizileme reaksiyonunda çok sayıda yerleştirme hattının eş zamanlı olarak haritalanabileceği bir yaklaşımı tarif ediyoruz.

    Soyut

    Gören hayvanlar, retinaya düşen ışığın uzaysal-zamansal modellerini işleyerek görsel sahnelerden hareket bilgilerini çıkarır. Hareket tahmini için baskın modeller, yalnızca uzay ve zamandaki nokta çiftleri arasındaki yoğunluk korelasyonlarından yararlanır. Bununla birlikte, hareket eden doğal sahneler daha karmaşık korelasyonlar içerir. Sinek ve insan görsel sistemlerinin, doğal ortamlarda hareket tahminini artıran üçlü korelasyonlar kullanarak hareketli kenarların birleşik yönünü ve kontrast polaritesini kodladığını bulduk. Her iki tür de açık veya koyu kenarlar için ayarlanmış nöral substratlarla üçlü korelasyonlar çıkardı ve açık ve koyu kenar hareket sinyalleri birleştirildiğinde bile belirli üçlü korelasyonlara duyarlılık korundu. Böylece, her iki tür de tahmin doğruluğunu artırabilen hareket imzalarını yakalamak için açık ve koyu görüntü kontrastlarını ayrı ayrı işler. Bu yakınsama, doğal sahnelerdeki istatistiksel yapıların görsel işlemeyi büyük ölçüde etkilediğini ve 500 milyon yıllık evrim boyunca ortak bir hesaplama stratejisini yönlendirdiğini savunuyor.

    Soyut

    Arthropod RNA virüsleri insan sağlığı için ciddi bir tehdit oluşturur, ancak replikasyon döngüsünün birçok yönü tam olarak anlaşılmamıştır. Burada, Sindbis virüsüne ait transgenik, kendi kendini kopyalayan genomların ("replikonlar") çok yönlü bir Drosophila araç setini tanımlıyoruz ve bu, in vivo viral replikasyonun hızlı görselleştirilmesine ve nicelleştirilmesine izin veriyor. Viral replikasyonu etkileyen hücresel yolları tanımlamak için büyük ölçekli genetik taramalar için kullanışlı yeni araçlar olarak hizmet eden, viral replikasyonun nicelleştirilmesi için Luciferase ifade eden replikonlar oluşturduk. Ayrıca, RNA'ya bağımlı bir RNA polimeraza katkıda bulunan bozulmamış bir replikonun birlikte ekspresyonu yoluyla, replikasyondan yoksun viral genomların 'trans'ta' aktive edilebileceği yeni bir ikili sistem sunuyoruz. Bu araç setinin virüs biyolojisini incelemek için faydası, aynı hücresel promotörün kontrolü altında birlikte eksprese edildiğinde, farklı floresan proteinleri eksprese eden replikonlar arasındaki stokastik dışlamanın gözlemlenmesiyle gösterilir. Bu süreç, tam olarak anlaşılmayan bir süreç olan hücre kültüründeki virüs partikülleri arasındaki 'süperenfeksiyonun dışlanmasına' benzer. Viral polimerazların kendilerini kodlayan genomu kopyalamayı şiddetle tercih ettiğini ve her hücrede replikasyon için hemen hemen her zaman yalnızca tek bir virüs genomunun stokastik olarak seçildiğini gösteriyoruz. İn vivo sistemimiz artık bu süreci detaylı genetik diseksiyona uygun hale getiriyor. Böylece, bu araç seti, bir genetik model organizmada viral replikasyonun hücre tipine özgü, kantitatif çalışmasına izin vererek virüs biyolojisinin moleküler, genetik ve farmakolojik diseksiyonu ve araç geliştirme için yeni yollar açar.

    Soyut

    Dang virüsü, sarı humma virüsü ve Batı Nil virüsü gibi arbovirüsler, sivrisinekler tarafından yayılan ve ne etkili aşılar ne de spesifik antiviral tedaviler olmaksızın her yıl milyonlarca insanı enfekte eden zarflı parçacıklardır [1,2]. Enfeksiyon ve virüs replikasyonu ile ilgili önceki çalışmalarda, ya saflaştırılmış virüs partikülleri ya da viral yaşam döngüsünü tamamlamayan eksik genomlar kullanılmıştır [1,2]. Burada, arbovirüs Sindbis'ten gelen trans-tamamlayıcı genomları ('replikonlar' olarak adlandırılır) ifade eden transgenik Drosophila suşlarını tarif ediyoruz [2]. Bu ikili sistemi, herhangi bir metazoanda ilk kez, transgenlerden kendi kendine bir araya gelme yoluyla bulaşıcı virüs parçacıkları üretmek için kullanıyoruz. Bu tür hücre tipi spesifik partikül 'fırlatma', virüs bazlı araçların geliştirilmesi ve spesifik dokularda virüs biyolojisi çalışması için çekici bir alternatif olarak hizmet edebilir.

    Soyut

    Bir meyve sineğinin beyninin ona vücut kısımlarını basmakalıp bir düzende düzeltmesini söylemesinin ardındaki mantığı anlamak, aynı zamanda bir dizi eylemi içeren diğer davranışları anlamamıza yardımcı olabilir.

    Soyut

    Nöronal büyüme konileri, çevrelerindeki çoklu hücre yüzeyleri ile etkileşimler yoluyla sinaptik ortakları seçer. Bu etkileşimlerin çoğu yapışkandır, ancak büyüme konilerinin hareketlerini yönlendirmek için yapışkan ipuçlarını nasıl entegre ettiği açık değildir. Burada, Drosophila görsel sistemindeki fotoreseptörlerin sinaptik ortakları seçmesini sağlayan mekanizmaları inceliyoruz. Klasik kaderin, N-kadherin ve atipik kaderin Flamingo'nun, her fotoreseptör aksonu tarafından yapılan hedefleme seçimlerini yönlendirmek için gereksiz şekilde hareket ettiğini gösteriyoruz. Bu moleküller, büyüme konisi filopodiasının uzaysal dağılımını kademeli olarak saptırarak, hedefle doğrudan temas oluşmadan önce her büyüme konisini gelecekteki sinaptik hedefine doğru polarize eder. Bu moleküllerin farklı hücre altı alanlarına lokalize olduğunu ve birçok büyüme konisi boyunca dağılmış bir yapışkan etkileşimler ağı oluşturduğunu gösterdik. Bu ağ birden fazla yedekli etkileşim içerdiğinden, genel bir ilke öneren olağanüstü bir doğrulukla karmaşık bir kablolama şeması oluşturulabilir.

    Soyut

    Görsel sistemde, çevresel işlem devreleri genellikle belirli uyaran özelliklerine göre ayarlanır. Bu seçiciliğin nasıl ortaya çıktığı ve bu devrelerin belirli görsel davranışları bilgilendirmek için nasıl düzenlendiği tam olarak anlaşılamamıştır. İleri genetik ve nicel davranışsal çalışmaları kullanarak, Drosophila'da hareket algılama devresine bir giriş kanalı ortaya çıkardık. İkinci sıra nöron L3, hareketli aydınlık ve karanlık kenarları algılamak için özelleşmiş devreleri bilgilendirmek için önceden bilinen iki giriş L1 ve L2 ile kombinatoryal olarak hareket eder. L3'ün in vivo kalsiyum görüntülemesi, nöronal susturma deneyleri ile birlikte, karanlık kenarları hareket ettirmek için seçicilik elde etmek için bir nöral mekanizma önerir. Ayrıca, farklı doğuştan gelen davranışların, dönme ve ileri hareketin görsel hareketle bağımsız olarak modüle edilebileceğini gösteriyoruz. Bu iki davranış, giriş kanallarının farklı kombinasyonlarını kullanır. Özellik çıkarma ve davranışsal uzmanlaşma elde etmek için giriş kanallarının bu tür modüler kullanımı, muhtemelen duyu sistemlerinde genel bir ilkeyi temsil eder.

    Soyut

    Çevredeki kimyasal ipuçlarına göre hareketleri yönlendirme yeteneği olan kemotaksis, çoğu organizmanın hayatta kalması için önemlidir. Sirke sineği, Drosophila melanogaster, güçlü koku alma isteksizliği ve çekiciliği sergiler, ancak bu davranışların hareket değişiklikleri yoluyla nasıl yürütüldüğü tam olarak anlaşılmamıştır. Özellikle, tiksinme ve çekiciliğin ortak bir devreyi çift yönlü olarak modüle edip etmediği veya yürütme için farklı devreleri işe alıp almadığı açık değildir. Nicel bir davranış tahlili kullanarak, hem caydırıcı hem de çekici kokuların dönüşlerin başlangıcını ve yönünü modüle ettiğini ancak farklı kinematikler sergilediğini belirledik. Bu davranışları bozmak için genetik araçları kullanarak, çekim için değil, nefret için gerekli olan belirli nöron popülasyonlarını belirledik. Bu hücre popülasyonlarının etkisizleştirilmesi, caydırıcı dönüşlerin tamamlanmasını etkiledi, ancak başlamalarını etkilemedi. Aynı hücre popülasyonlarının optogenetik aktivasyonu, itici dönüşlere benzeyen bir hareket modelini tetikledi. Motor kontrolünde rol oynayan iki bölge olan hem elipsoid gövde hem de ventral sinir kordonundaki bozulmalar, isteksizlikte kusurlara neden oldu. Sirke sineklerinde caydırıcı kemotaksis, çekici kemotaksiden farklı etolojik olarak uygun kinematikleri tetikler ve motorla ilgili spesifik nöronlar gerektirir.

    Soyut

    Görsel işlemenin ilk aşamaları, karmaşık, dinamik girdileri yakalamalıdır. Periferik nöronlar genellikle doğal uyaran istatistiklerinden yararlanarak verimli kodlama uygularken, aşağı akış nöronları davranışsal olarak ilgili özellikleri çıkarmak için uzmanlaşmıştır. Bu uzmanlıklar nasıl ortaya çıkıyor? Drosophila'da, hareket eden karanlık kenarları algılamak için uzmanlaşmış bir yola girdi sağlayan birinci dereceden bir internöron L2'yi karakterize etmek için iki foton görüntüleme kullanıyoruz. Kısmen presinaptik olarak aracılık edilen GABAerjik etkileşimler, antagonistik ve anizotropik bir merkez-çevre alıcı alanı yaratır. Bu alıcı alan, büyük ve küçük karanlık nesnelere farklı zamansal işleme uygulayarak, önemli bir uzmanlaşma elde ederek, uzay-zamansal olarak birleştirilir. GABAerjik devreler ayrıca KAPALI yanıtlarına aracılık eder ve bunları AÇIK uyaranlara verilen yanıtlarla dengeler. Dikkat çekici bir şekilde, L2'nin fonksiyonel özellikleri, bipolar hücrelerinkilere çarpıcı bir şekilde benzer, ancak farklı moleküler ve devre mekanizmaları yoluyla ortaya çıkıyor. Böylece evrim, ilk sinapsta görsel bilgiyi işlemek için ortak bir stratejide birleşmiş gibi görünüyor.

    Soyut

    Sistem sinirbiliminin temel amaçlarından biri, sinir devrelerinin duyusal girdileri davranışa bağlayan hesaplamaları nasıl uyguladığını anlamaktır. Farmakolojik ve elektrofizyolojik manipülasyonlarla nöral aktiviteyi ölçmek için elektrofizyolojik ve görüntüleme tabanlı yaklaşımları birleştiren çalışma, temel bilgiler sağlamıştır. Daha yakın zamanlarda, nöral aktiviteyi izlemek ve manipüle etmek için genetik yaklaşımlar kullanılmış, yeni deneysel fırsatlar ve zorluklar ortaya çıkmıştır. Burada, sensorimotor dönüşümlerde devre diseksiyonuna genetik yaklaşımların uygulanmasıyla ilgili sorunları tartışıyoruz, deneysel tasarım için önemli hususları özetliyoruz ve modellemenin deneysel yaklaşımları nasıl tamamlayabileceğini düşünüyoruz.

    Soyut

    Böcek fotoreseptör işlevi, bileşik gözün her yüzü içinde ışığı yakalamak için özelleşmiş apikal alanlar olan rabdomerlerin tam olarak yerleştirilmesine bağlıdır. Diptera'da, belirli bir aksonal bağlantı modeliyle birleştirilen asimetrik bir rabdomer düzenlemesi, nöral süperpozisyon ilkesi aracılığıyla ışık duyarlılığını artırır. Gerekli retina geometrisini elde etmek için farklı fotoreseptörler (R hücreleri) farklı şekillere sahiptir. Kırıntılar ve Bazuka kompleksleri, rabdomer gelişimini yönlendirmede kritik roller oynar, ancak hücre tipine özgü apikal mimarileri yönlendirip yönlendiremeyecekleri bilinmemektedir. Bazuka kompleks üyelerindeki mutasyonlar, tüm R hücresi alt tiplerinde pleiotropik morfogenez kusurlarına neden olurken, Kırıntılar (Crb) ve Stardust (Sdt), R hücrelerinin spesifik alt kümelerinde rabdomer düzeneğindeki erken aşamaları yönlendirmek için hücreyi bağımsız olarak işlev görür. Bu gereklilik, Crb proteininin hücre tipine özgü ifadesinde yansıtılır ve Sdt ve Crb'nin benzer etkiye bağımsız olarak hareket edebileceğini gösterir. Bu iki gen aynı zamanda zonula yapışanlar (ZA) montajı için de gereklidir, ancak her gen iki bitişik hücreden sadece birinde gerekli olduğundan, bu işlev için alışılmadık bir hücresel fazlalık modeli sergiler. Sonuçlarımız, kader spesifikasyonu ile morfogenetik modelleme arasında doğrudan bir bağlantı sağlar ve ZA montajı için bir model önerir.

    Soyut

    Birçok hayvan, uygun davranışlara rehberlik etmek için zengin görsel sahnelerden belirli ipuçları çıkarır. Bu tür ipuçları, hem kendi kendine hareket hem de ortamdaki hareketli nesneler tarafından üretilen görsel hareket sinyallerini içerir. Bu sinyallerin karmaşıklığı, belirli hareket kalıplarını belirli davranışsal tepkilere bağlamak için nöral devreleri gerektirir. Elektrofizyolojik kayıtlar aracılığıyla, Drosophila'nın optik lobundaki genetik olarak tanımlanmış nöronları karakterize ediyoruz ve bunlar, bir çarpışma rotasında baş gösteren nesneler tarafından üretilen hareket sinyallerini algılamak için özel olarak ayarlanmış sinek ile. Bu nöronları spesifik olarak susturmak için genetik bir manipülasyon kullanarak, bu hücrelerden gelen sinyallerin, sineklerin dokuma tezgahı kaçış yanıtını verimli bir şekilde başlatması için önemli olduğunu gösterdik. Ayrıca, bu hücrelerde, kör sineklerde kanalrodopsin'in hedeflenen ekspresyonu yoluyla, bu nöronların optogenetik uyarılmasının, herhangi bir görsel uyaran yokken bile kaçışı sağlamak için tipik olarak yeterli olduğunu ortaya koyuyoruz. Bu kompakt sinir sisteminde, küçük bir grup Lokal hareket girdilerinden belirli bir görsel ipucu çıkaran nöronların sayısı, etolojik olarak uygun davranışsal yanıtı tetiklemeye hizmet eder.

    Soyut

    Lineer polarize ışık, atmosferik saçılma veya yüzey yansımalarından kaynaklanır ve böcekler, örümcekler, kafadanbacaklılar, kabuklular ve bazı omurgalılar tarafından algılanır. Bu nedenle, ışığın bu temel kalitesinin nasıl tespit edildiğinin altında yatan nöral temel, geniş ilgi görmektedir. Morfolojik olarak benzersiz, polarizasyona duyarlı ommatidia, birçok böcek retinasının dorsal çevresinde bulunur ve dorsal kenar bölgesini (DRA) oluşturur. Bununla birlikte, polarize yansımalara davranışsal tepkilerin retinal substratları hakkında çok daha az şey bilinmektedir. Drosophila, uyaranlar dorsal veya ventral olarak sunulduğunda lineer polarize ışığın e-vektörü ile kendiliğinden hizalanarak polarotaktik davranış sergiler.Davranış deneylerini genetik diseksiyon ve ultrastrüktürel analizlerle birleştirerek, farklı fotoreseptörlerin iki davranışa aracılık ettiğini gösterdik: DRA ommatidia'nın iç fotoreseptörleri R7+R8 dorsal polarotaksis için gerekli ve yeterlidir, oysa ventral tepkilere dış ve iç fotoreseptörlerin kombinasyonları aracılık eder, her ikisi de polarizasyona duyarlı hale getiren önceden bilinmeyen özellikler gösterir. Drosophila, gökyüzünden veya parlak yüzeylerden yayılan doğrusal polarize ışığın tespiti için ayrı retina yolları kullanır. Bu çalışma, polarizasyon vizyonunun altında yatan devrelerin genetik olarak diseksiyonunu sağlayacak bir davranış paradigması kurar.

    Soyut

    Nöronal hücre tipinin tanımlayıcı bir özelliği, aksonların ve dendritlerin beynin belirli katmanlarına ve sütunlarına büyümesidir. Hücre yüzeyi reseptörlerindeki ve yapışma moleküllerindeki farklılıkların sinaptik özgüllükte farklılıklara neden olduğu bilinmesine rağmen, hücre tipine uygun hedefleme modellerini belirleyen aşağı akış sinyal mekanizmalarındaki farklılıklar bilinmemektedir. Drosophila'da bir ileri genetik ekran kullanarak, GTPaz efektörü Cengiz Han'ın (Gek), fotoreseptör (R hücresi) aksonlarının bir alt kümesinin uygun hedef sütunları innerve etme yeteneğinde çok önemli bir rol oynadığını belirledik. Özellikle, tek hücreli mozaik analizleri, Gek işlevinden yoksun R hücresi büyüme konilerinin uygun gangliona büyüdüğünü, ancak sıklıkla doğru hedef sütunu innerve edemediğini göstermektedir. Daha ileri çalışmalar, küçük GTPaz Cdc42'nin aktivitesinden yoksun R hücresi aksonlarının benzer kusurlar sergilediğini ve bu proteinlerin ortak bir süreç dizisini düzenlediğine dair kanıt sağladığını ortaya koymaktadır. Gek, tüm R hücrelerinde ifade edilir ve ayrıntılı bir yapı-fonksiyon analizi, Gek işlevini büyüme konisi ile sınırlayan aktivitelere sahip bir dizi düzenleyici etki alanını ortaya çıkarır. Gek normalde katmana özgü hedeflemeyi düzenlemese de, Gek'in ektopik ifadesi, hedeflemesi normalde Gek'ten bağımsız olan başka bir R hücre tipi tarafından yapılan hedefleme seçimlerini değiştirmek için yeterlidir. Bu nedenle, hücre tipine uygun sinaptik özgüllük için hedefleme ipuçlarına hücre iskeleti yanıtlarının spesifik düzenlenmesi gereklidir.

    Soyut

    Görsel hareketin tahmini, uzun süredir paradigmatik bir sinirsel hesaplama olarak incelenmiştir ve hareket sinyallerine davranışsal ve sinirsel tepkileri açıklamak için birçok model geliştirilmiştir. Reichardt korelatör modelinden kaynaklanan geniş bir model sınıfı, hayvanların görsel uzaydaki iki komşu noktadan ışık yoğunluklarının geçici bir çapraz korelasyonunu hesaplayarak hareketi tahmin etmelerini önerir. Bu modeller, belirli bağlamlarda deneysel verilerin iyi bir tanımını sağlar, ancak ikili korelasyonları olmayan uyaranlardaki hareket algılarını açıklayamaz. Burada, çeşitli uyaranları ve davranışsal hedefleri barındırabilen teorik bir formalizm geliştiriyoruz. Bunu başarmak için hareket tahminini bir Bayes çıkarımı problemi olarak ele alıyoruz. İkili modeller, hareket tahmini için genelleştirilmiş stratejinin bir bileşeni olarak ortaya çıkar. Bununla birlikte, ikinci derecenin ötesinde korelasyon fonksiyonları, daha doğru hareket tahmini sağlar. Parlak ve karanlık kontrasta göre asimetrik olan önceki beklentiler, hem çift hem de tek sıraların korelasyonlarını kullanır ve kontrast için simetrik olasılık dağılımlarıyla görsel uyaranları kullanan psikofiziksel deneylerin, öznenin hareket tahmini için tek sıralı bağdaştırıcılar kullanıp kullanmadığını ortaya koyamadığını gösteriyoruz. Bu sonuç, büyük ölçüde simetrik kontrast dağılımlarına dayanan önceki deneylerdeki bir boşluğu vurgulamaktadır. Teorik tedavimiz birçok görsel hareket algısının doğal bir yorumunu sağlar, hareket tahmininin daha geniş bir uyaran sınıfı kullanılarak yeniden gözden geçirilmesi gerektiğini gösterir, korelasyona dayalı hareket tahmininin uyaran istatistikleriyle nasıl ilişkili olduğunu gösterir ve deneysel olarak test edilebilir çoklu tahminler sağlar.

    Soyut

    Birçok hayvan hayatta kalmak için görsel hareket algılamaya güvenir. Hareket bilgisi, paradigmatik bir nöral hesaplama olan retina üzerindeki uzamsal-zamansal yoğunluk modellerinden çıkarılır. Fenomenolojik bir model olan Hassenstein-Reichardt korelatörü (HRC), görsel girdileri nöral aktivite ve davranışa verilen davranışsal tepkilerle ilişkilendirir, ancak bu hesaplamayı uygulayan devreler bilinmemektedir. Hücre tipine özgü genetik susturma, minimum hareket uyaranları ve in vivo kalsiyum görüntüleme kullanarak iki kritik HRC girdisini inceliyoruz. Bu iki yol, tercihen açık ve koyu hareketli kenarlara yanıt verir. Bu yolların, HRC'nin altında yatan hesaplamaların örtüşen ancak tamamlayıcı alt kümelerini gerçekleştirdiğini gösteriyoruz. Bu işlemlerin diferansiyel ağırlıklandırmasını uygulayan sayısal bir model, gözlemlenen kenar tercihlerini görüntüler. Şaşırtıcı bir şekilde, bu yollar, birçok türü etkileyen yanıltıcı bir algıya, "ters phi"ye karşılık gelen bir uyaran korelasyonuna duyarlılıklarıyla ayırt edilir. Bu nedenle, bu hesaplama mimarisi, hareket algılamada kenar seçiciliği elde etmek için yaygın olarak kullanılabilir.

    Soyut

    Yukarı akış aktive edici dizi (UAS) – GAL4 ikili sistemini kullanan dokuya özgü gen ekspresyonu, Drosophila melanogaster'daki birçok biyolojik işlemin genetik diseksiyonunu kolaylaştırmıştır. GAL4 ekspresyon modellerinin rafine edilmesi veya ek ikili sistemler kullanılarak çoklu hücre popülasyonlarının bağımsız olarak manipüle edilmesi ortak deneysel hedeflerdir. Bu süreçleri basitleştirmek için, dönüştürülebilir bir genetik platform, in vivo hedefleme elemanı (InSITE) sistemi ile değiştirilebilen entegre bir genetik platform geliştirdik. Bu yaklaşım, GAL4'ün başka herhangi bir diziyle değiştirilmesine izin vererek, farklı genetik efektörleri aynı düzenleyici elemanların kontrolü altına yerleştirir. InSITE kullanılarak, GAL4, LexA veya QF ile değiştirilebilir ve bu da bir ifade modelinin başka bir amaca uygun hale getirilmesine olanak tanır. GAL4, aynı zamanda GAL80 veya split-GAL4 yarı-sürücüler ile değiştirilebilir, bu da kesişimsel yaklaşımların ifade modellerini iyileştirmesine izin verir. Değişimler, verimli in vivo manipülasyonlar yoluyla gerçekleşir ve paralel olarak birçok takas oluşturmayı mümkün kılar. Bu sistem modülerdir ve gelecekteki genetik araçların mevcut çerçeveye kolayca dahil edilmesini sağlar.

    Soyut

    Sinaps öncesi ve sonrası nöronlar arasında kararlı yapışkan temasların oluşumu, sinaps düzeneğindeki ilk adımı temsil eder. Hücre yapışma molekülü N-cadherin, reseptör tirozin fosfataz DLAR ve yapı iskele molekülü Liprin-alfa, bu süreçte kritik, evrimsel olarak korunmuş roller oynar. Bununla birlikte, bu proteinlerin büyüme konisine nasıl sinyal verdikleri ve kendilerinin nasıl düzenlendiği tam olarak anlaşılamamıştır. Drosophila fotoreseptörlerini (R hücreleri) model olarak kullanarak, bu üç protein arasındaki genetik ve fiziksel etkileşimleri değerlendiriyoruz. Bu bağlamda DLAR fonksiyonunun fosfataz aktivitesinden bağımsız olduğunu ancak hücre içi alanının aracılık ettiği etkileşimleri gerektirdiğini gösterdik. Genetik çalışmalar, her üç gen arasında hem pozitif hem de şaşırtıcı bir şekilde engelleyici etkileşimleri ortaya koymaktadır. Bu gözlemler, DLAR'ın fosfataz alanı aracılığıyla Drosophila embriyolarında N-kadherin ile fiziksel olarak birleştiğini gösteren biyokimyasal çalışmalarla desteklenmektedir. Birlikte, bu veriler, N-kadherin, DLAR ve Liprin-alfa'nın, sinaptik öncesi ve sonrası hücreler arasındaki yapışkan etkileşimleri düzenlemek için bir kompleks içinde işlev gördüğünü ve gelişen büyüme konisinde Liprin-alfa'nın aktivitesini kontrol etmek için yeni bir mekanizma sağladığını göstermektedir. .

    Soyut

    Görsel sistem geliştirme, sinaptik bağlantıları sütunlar ve katmanlar halinde düzenleyerek görsel dünyanın topografik bir haritasını bir araya getirmek için küresel ve yerel ipuçlarını kullanır. Son genetik çalışmalar, bu süreçlerin altında yatan mekanizmalara yeni bakış açıları sağlamıştır. Sineklerde, nöral farklılaşmanın kesin bir zamansal dizisi, omurgalılarda küresel bir düzenleyici ipucu sağlar, ephrin aracılı sinyallerin gradyanları, nörotrofin yardımcı reseptörleri ve nöral aktivite ile hareket ederek çok önemli roller oynar. Sineklerde ve farelerde nöral süreçler, homotipik, itici etkileşimler, otokrin sinyaller ve hücreye özgü mekanizmalar yoluyla kesin diziler halinde döşenir. Laminer hedefleme özgüllüğü, geçici olarak düzenlenen hücre-hücre yapışmasının yanı sıra belirli yapışma moleküllerinin kombinatoryal ifadesi yoluyla elde edilir. Gelecekteki çalışmalar, bu küresel ve yerel ipuçları arasındaki etkileşimleri tanımlayacaktır.

    Soyut

    Hücre yapışması, karmaşık hücresel mimarileri oluşturan temel itici güçtür ve sinir sistemi çarpıcı, sofistike bir vaka çalışması sunar. Gelişmekte olan nöronlar komşu nöronlara, onların sinaptik partnerlerine ve glial hücrelere yapışır. Bu yapışkan etkileşimler, hücre göçü, akson yönlendirmesi ve hedeflemenin yanı sıra sinaps oluşumu ve fizyolojisi dahil olmak üzere çeşitli bağlamlarda gereklidir. Meyve sineği Drosophila'daki ileri ve geri genetik taramalar, sinir gelişimi için gerekli olan birkaç yapışma molekülünü ortaya çıkardı ve ayrıntılı hücre biyolojik analizleri, bu faktörlerin sinir sistemi bağlantısını nasıl şekillendirdiğini çözmeye başlıyor. Burada, bu yapışma faktörlerinin en önde gelenleri ve bunların etki biçimleri hakkındaki mevcut anlayışımızı gözden geçiriyoruz.

    Soyut

    Mitokondriyal disfonksiyon, birçok nörodejeneratif hastalığın ayırt edici özelliğidir, ancak hastalık patolojisindeki kesin rolü belirsizliğini koruyor. Bu bağlantıyı doğrudan incelemek için, erken başlangıçlı bir nörodejeneratif bozukluk olan Leigh Sendromu'nun bir modelini yaratarak, Drosophila retinasındaki elektron taşıma zinciri işlevini ustaca bozduk. Mitokondriyal kompleks II'yi etkileyen mutasyonları kullanarak, mitokondriyal fonksiyonun hafif bozulmalarının fotoreseptör gelişiminin ilk aşamaları üzerinde hiçbir etkisi olmadığını, ancak geç pupa ve yetişkin hayvanlarda sinapslarının ve hücre gövdelerinin dejenerasyonuna neden olduğunu gösterdik. Bu modelde, mutant fotoreseptörlerde ATP seviyeleri normal olduğundan ve ROS seviyelerini azaltan hem farmakolojik hem de hedeflenen genetik manipülasyonlar sinaps dejenerasyonunu önlediğinden, sinaps kaybına enerji tükenmesi değil reaktif oksijen türleri (ROS) üretimi neden olur. Şaşırtıcı bir şekilde, ROS'un bu manipülasyonları, hücre gövdesindeki dejeneratif değişikliklerden sinaptik etkileri ayırır, bu da mitokondriyal disfonksiyonun, biri hücre gövdesinde morfolojik değişikliklere neden olan ve diğeri sinaps kaybına neden olan, genetik olarak ayrılabilir iki süreci aktive ettiğini düşündürür. Son olarak, bir mitokondriyal taşıma kompleksini etkileyen bir mutasyon kullanarak aksona mitokondriyal trafiği bloke ederek, hücre gövdesiyle sınırlı ROS eyleminin sinaptik dejenerasyona neden olmak için yeterli olduğunu bulduk ve ROS'un sinapsta yerel olarak hareket etmesi gerekmediğini gösterdik. Bu nedenle, elektron taşıma zinciri işlevindeki değişiklikler, hem erken hem de geç başlangıçlı bozukluklarda görülen nörodejeneratif değişikliklerin çoğunu açıklar.

    Soyut

    Hareket vizyonu, temel algoritmaları sinirsel hesaplamaya ilişkin merkezi bilgiler sağlayan bir dizi etolojik bağlamda birçok hayvan için kritik olan eski bir fakültedir. Bununla birlikte, bu hesaplamaları uygulayan nöral devreler herhangi bir organizmada büyük ölçüde bilinmediğinden, hareket ipuçlarının davranışı nasıl yönlendirdiği yeterince anlaşılmamıştır. Drosophila'daki hareket görüşünün sinirsel alt katmanlarını tarafsız bir şekilde tanımlamak için yüksek verimli, nicel davranışsal analizler kullanarak sistematik, ileri genetik bir yaklaşım geliştiriyoruz. Daha sonra hem bilinen hem de yeni devre elemanlarının davranışsal katkılarını sınırlandırıyoruz. Önceki çalışmalardan beklenenin aksine, harekete verilen yönlendirme tepkilerinin en az iki sinir yolu tarafından şekillendirildiğini bulduk. Bu yollar, farklı görsel özelliklere duyarlıdır, fotoreseptörlere hemen postsinaptik olarak ayrılır ve farklı davranışsal çıktılarla birleştirilir. Bu nedenle, karmaşık uyaranlara davranışsal tepkiler, en erken duyusal işlem aşamalarından bile şaşırtıcı sinirsel uzmanlaşmaya dayanabilir.

    Soyut

    Görmenin sinirsel bağıntıları nelerdir? Drosophila üzerinde yakın zamanda yapılan bir araştırma, sinek görsel sistemindeki inanılmaz nöronal çeşitliliği tanımladı ve renk görüşünün altında yatan devreleri izledi.

    Soyut

    Kadherin aktivitesindeki nicel farklılıkların, sinaptik öncesi ve sonrası nöronlar arasındaki bağlantıların modellenmesinde önemli roller oynadığı öne sürülmüştür. Bununla birlikte, böyle bir işlevin hiçbir örneği henüz tanımlanmamıştır ve bu tür farklılıkların büyüme konilerini belirli sinaptik hedeflere yönlendirmesine izin verecek mekanizmalar bilinmemektedir. Drosophila görsel sisteminde, fotoreseptörler genetik olarak karmaşık, basmakalıp bir sinaptik bağlantı seti oluşturmak üzere programlanmıştır. Burada atipik kaderin Flamingo'nun, kısa menzilli, homofilik bir sinyal olarak işlev gördüğünü ve onların postsinaptik partner seçimlerini etkilemek için spesifik R hücresi büyüme konileri arasından geçtiğini gösteriyoruz. Bireysel büyüme konilerinin, komşu hücreler arasındaki zıt etkileşimler yoluyla Flamingo aktivitesindeki farklılıklara duyarlı olduğunu ve uygun yörünge boyunca uzanmak için bu etkileşimlerin dengelenmesini gerektirdiğini bulduk.

    Soyut

    Epitelyal lümen oluşumu, hayvan gelişiminde temel bir süreçtir. Drosophila retinasının her ommatidyumu, tek tek fotoreseptör hücrelerini optik olarak izole ettiği için görmede kritik bir işlevi olan interrabdomeral boşluk olan bir epitel lümeni oluşturur. Bir interrabdomeral boşluk içeren Ommatidia, örneğin arılarda görüldüğü gibi, bu lümenden yoksun olan atalara ait böcek gözlerinden evrimleşmiştir. Genetik bir ekranda, gözleri kapalı (eys) matrisle dolu interrabdomeral boşluğun oluşumu için gerekli bir gen olarak tanımladık. Eys, proteoglikanlar agrin ve perlekan ile yakından ilişkilidir ve fotoreseptör hücreler tarafından interrabdomeral boşluğa salgılanır. Balarısı ey ortolojisi fotoreseptörlerde ifade edilmez, bu da eys ifadesinin işe alınmasının böcek gözünün evrimine önemli bir katkı yapma olasılığını yükseltir. Bulgularımız, bir proteoglikanın apikal matrikse salgılanmasının, sinek retinasında epitelyal lümen oluşumu için kritik olduğunu göstermektedir.

    Soyut

    Sinaptik ortakların belirlenmesi ve sinaptik sayıların düzenlenmesi, bugüne kadar incelenen tüm sistemlerde görsel harita oluşumu sırasında en azından kısmen aktiviteye bağlı süreçlerdir. Drosophila'da, görsel uzayda aynı noktayı gören altı fotoreseptör, görsel olarak doğru bir harita oluşturmak için kartuş adı verilen sinaptik modüllere ayrılmalıdır. Fotoreseptör terminali ve kartuş başına sinaps sayıları hassas bir şekilde düzenlenir. Bununla birlikte, aktiviteye bağlı bir mekanizmanın mı yoksa genetik olarak kodlanmış bir gelişim programının mı sinaps sayılarını düzenlediği bilinmemektedir. Elektrik potansiyellerinin üretimini (norpA, trptrpl), nörotransmiter salınımını (hdc, syt), vezikül endositozu (synj), fotoreseptör hedeflemesi sırasında spesifik rehberlik moleküllerinin kaçakçılığını etkileyen mutantlarda fotoreseptör sinapslarının geniş ölçekli bir nicel ultrastrüktürel analizini gerçekleştirdik. sec15), görsel harita oluşumu (Dlar) için gerekli özel bir rehberlik reseptörü ve 43 geni etkileyen 57 yeni sinaptik mutant. Dikkat çekici bir şekilde, tüm bu mutantlarda, bireysel fotoreseptörler, kartuş bileşiminden bağımsız olarak presinaptik terminal başına doğru sayıda sinaps oluşturur. Bu nedenle, verilerimiz, her bir fotoreseptörün, nöronal aktiviteden ve partner doğruluğundan bağımsız olarak kesin ve sabit sayıda afferent sinaps oluşturduğunu göstermektedir. Verilerimiz, sinek beyninde "bağlantılı" bir görsel haritaya yol açan, aktiviteden bağımsız adımlardan oluşan gelişimsel bir programın parçası olarak sinaps sayılarının hücre-otonom kontrolünü önermektedir.

    Soyut

    Aksonlar ve dendritler arasındaki klasik kaderin aracılı etkileşimler, hedef seçimi ve sinaps montajı için kritik öneme sahiptir. Bununla birlikte, bu etkileşimlerin kontrol edildiği moleküler mekanizmalar tam olarak anlaşılamamıştır. Drosophila görsel sisteminde, hem fotoreseptör (R hücresi) aksonlarında hem de hedeflerinde, R hücresi hedef seçimi için gerekli stabilize edici etkileşimlere aracılık etmek için N-kadherin gereklidir. Burada, iskele proteini Liprin-alfa'yı bu süreçte kritik bir bileşen olarak tanımlıyoruz. Liprin-alfa'daki mutasyonları, R1-R6 fotoreseptörleri tarafından yapılan sinaptik bağlantı modelini etkileyen mutasyonlar için genetik bir ekranda izole ettik. Göze özel mozaikler kullanarak, hedef seçiminde Liprin-alfa için daha önce tanımlanmamış, aksonal bir fonksiyon gösteriyoruz: Liprin-alfa'nın, aksonlarının hedeflerine ulaşması için R1-R6 hücrelerinin tüm alt tiplerinde hücre-otonom olması gerekir. Liprin-alfa, reseptör tirozin fosfataz LAR ve N-kadherin, R1-R6 hücrelerinde niteliksel olarak benzer mutant fenotipleri paylaştığı ve R hücrelerinde ve sinaptik hedeflerinde birlikte ifade edildiğinden, bu üç genin hedeflemede aynı adımda hareket ettiğini çıkarıyoruz. işlem. Bununla birlikte, N-kadherinden farklı olarak, R hücrelerinin doğru hedeflerine yansıtması için postsinaptik olarak ne Liprin-alfa ne de LAR gerekli değildir. Böylece, bu iki protein, N-kadherinden farklı olarak, aksonlar ve dendritler arasında işlevsel olarak asimetriktir. Sinaps oluşumundan önce sinaps öncesi ve sonrası hücreleri birbirine bağlayan yapışkan mekanizmaların bu iki bölmede farklı şekilde düzenlenebileceğini öneriyoruz.

    Soyut

    Sinir sistemi yeni deneyimlenen bir görsel kalıbı nasıl depolar ve bu kalıp daha sonra tanınmaya nasıl hazır hale getirilir? Drosophila'daki son çalışmalar, belirli patern özelliklerinin sinir sisteminde ayrı olarak depolandığını göstermektedir.

    Soyut

    Drosophila görsel sisteminin geliştirilmesi, devrelerin nasıl bir araya geldiğini araştırmak için bir çerçeve sağlar. Fotoreseptörler, hedef nöronlar ve glia arasındaki karşılıklı etkileşimler dizisi, hedefleme sürecinin karmaşıklığını azaltırken kesin bir bağlantı modeli oluşturur. Fotoreseptör (R hücresi) aksonlarının uygun sinaptik ortakları seçmesi için hem afferent-aferent hem de afferent-hedef etkileşimleri gereklidir. Bazı kritik hücre yapışması ve sinyal moleküllerinin tanımlanmasıyla, aksonların alternatif sinaptik ortaklar arasında seçim yapma mantığı netleşiyor. Bu çalışmalar aynı zamanda nöral devre evriminin moleküler temelini incelemek için bir fırsat sağlar.

    Soyut

    Sinek beyninde kesin bağlantı kalıplarının oluşumu için Drosophila N-cadherin gereklidir. Alternatif eklemenin 12 N-kadherin izoformuna yol açacağı tahmin edilmektedir. Alternatif ekson 18A içeren altı izoformu ortadan kaldıran ve R7 fotoreseptör nöronlarının bağlantılarını güçlü bir şekilde bozduğunu gösteren bir N-kadherin aleli N-cad(18Astop) belirledik. Pupa gelişiminin ilk yarısında, R7 büyüme konilerinin medullada geçici bir hedef tabaka içinde sonlanması için N-kadherin gereklidir. Ekson 18B içeren N-kadherin izoformları bu ilk hedefleme için yeterlidir. Buna karşılık, 18A izoformları, pupa gelişiminin ikinci yarısında tercihen R7'de eksprese edilir ve R7'nin medulla nöropilindeki uygun sinaptik katmanda sonlanması için gereklidir. Transgen kurtarma deneyleri, izoformlar arasındaki biyokimyasal farklılıklardan ziyade izoform ifadesindeki farklılıkların, R7 nöronlarındaki 18A izoform gereksiniminin altında yattığını göstermektedir.

    Soyut

    Nöronlar ekzosist kompleksini ne için kullanır? Neuron'un bu sayısında, bir ekzosist bileşenindeki mutasyonları kullanan Mehta ve ark. Exocyst fonksiyonunun bölünebilir olduğu şaşırtıcı bir sonuca varın: farklı bileşenler farklı roller oynar. Bu çalışmalar ayrıca, ekzokistin, sinaptik partner seçimi için gerekli olan hücre yapışma moleküllerinin membrana yerleştirilmesini düzenleyebileceğini ileri sürmektedir.

    Soyut

    Klasik kaderinlerin, sinaps oluşumu için gerekli olan sinaps öncesi ve sonrası hücreler arasındaki etkileşimlere aracılık ettiği öne sürülmüştür. Drosophila'daki fotoreseptör aksonları tarafından yapılan sinaptik bağlantıların modelini kontrol etmede N-kadherinin rolünü inceleyerek bu model lehine ilk doğrudan genetik kanıtı sağlıyoruz. N-kadherin, hem bireysel fotoreseptörlerde hem de fotoreseptör akson uzantısı için hedef nöronlarında gereklidir. Mutant hedef hücrelerin mozaik parçaları içinde uzanan vahşi tip fotoreseptör aksonlarının hücre hücre rekonstrüksiyonu, N-kadherinin fotoreseptörler ve hedefleri arasındaki çekici etkileşimlere aracılık ettiğini gösterir. Bu etkileşim, fotoreseptörlerin sinaptik ortakları olacak hücrelerle sınırlı değildir. Çoklu N-kadherin izoformları üretilir, ancak tek izoformlar endojen N-kadherin aktivitesinin yerini alabilir. N-kadherinin, fotoreseptör büyüme konileri ile sinaptik ortak seçiminden önce gelen hedefleri arasında homofilik, çekici bir etkileşime aracılık ettiğini öneriyoruz.

    Soyut

    Drosophila melanogaster'daki görsel davranış tahlilleri başlangıçta davranışın genetik kontrolünü araştırmak için geliştirildi, ancak hücre ve gelişim biyolojisindeki çeşitli sorulara kavramsal açılımlar sağlama konusunda zengin bir geçmişe sahip. Burada, bu davranışlardan üçünü kullanmak için yapılan erken çabaları kısaca özetliyoruz: fototaksi, UV-görünür ışık seçimi ve optomotor tepkisi. Daha sonra bu tahlillerin her birinin nöronal bağlantı özgüllüğü ve sinaptik fonksiyon anlayışımızı nasıl genişlettiğini tartışıyoruz. Tüm bu çalışmalar, gen ekspresyonunu manipüle etmek, hücre kaderi spesifikasyonunu değerlendirmek ve nöronal gelişimi görselleştirmek için karmaşık araçların geliştirilmesine katkıda bulunmuştur. Eldeki bu araçlarla, alan şimdi genetik yaklaşımları kullanarak görsel davranışı anlama orijinal hedefine geri dönmeye hazır.

    Soyut

    Drosophila görsel sistemindeki fotoreseptör nöronları (R hücreleri), beyindeki görsel alanın kesin bir haritasını hazırlar. Göz, her biri sekiz fotoreseptör hücresi (R1-R8) içeren ommatidia adı verilen yaklaşık 750 özdeş modül içerir. Laminadaki R1-R6 hücreleri sinaps R7 ve R8, lamina boyunca uzanır ve alttaki medullada sonlanır. Görsel davranış mutantları için bir ekranda, bu nöronlar tarafından hazırlanan kesin haritaları bozan flamingo (fmi) alellerini belirledik. Bu mutant R1-R6 nöronları, laminada uzamsal olarak uygun olmayan hedefleri seçer. Hedef seçimi sırasında, Flamingo proteini, R1-R6 büyüme konilerinde dinamik olarak eksprese edilir. R hücrelerinde fmi fonksiyonunun kaybı, medulladaki sinaptik terminallerin lokal modelini de bozar ve Flamingo, hedef bölgeye girerken R8 aksonlarında geçici olarak eksprese edilir. Hedef alan içindeki R-hücresi büyüme konileri arasındaki Flamingo aracılı etkileşimlerin hedef seçimini düzenlemesini öneriyoruz.

    Soyut

    Merkezi sinir sistemi içindeki kesin nöronal bağlantı modellerinin oluşumunu düzenleyen moleküler mekanizmaları anlamak, nörobiyolojide zorlu bir problem olmaya devam etmektedir. Solucanlar ve sineklerdeki genetik çalışmalar ve omurgalı sistemlerindeki moleküler çalışmalar, büyüme konilerinin hedeflerine nasıl yöneldiği ve topografik haritalar oluşturduğu konusunda giderek daha karmaşık bir anlayışa yol açmıştır. Büyüme konilerinin hücresel hedeflerini nasıl tanıdığı ve onlarla sinaps oluşturduğu hakkında çok daha az şey bilinmektedir. Burada, sinek görsel sistemindeki bağlantı oluşumunu, onu incelemek için kullanılan metodolojik yaklaşımları ve bağlantı özgüllüğünün moleküler temelini ortaya çıkarmadaki son gelişmeleri gözden geçiriyoruz.

    Soyut

    Drosophila bileşik gözündeki farklı fotoreseptör nöron sınıfları (R hücreleri), optik lobdaki belirli hedeflere bağlanır. Davranışsal bir ekran kullanarak, bir reseptör tirozin fosfataz olan LAR'ı R hücresi hedef özgüllüğü için gerekli olarak tanımladık. LAR mutant mozaik gözlerde, R1-R6 hücreleri laminayı doğru bir şekilde hedefler, ancak hedef nöronların doğru modelini seçemez. Mutant R7 aksonları başlangıçta medullanın doğru tabakasına yansıtılsa da, uygun olmayan tabakalara geri çekilirler. Tek hücreli mozaikler kullanarak, LAR'ın R1-R6 ve R7'nin hedeflenmesini hücreden bağımsız bir şekilde kontrol ettiğini gösterdik. LAR mutant R hücrelerinin fenotipleri, N-kadherin mutantlarında görülenlere çarpıcı biçimde benzerdir.

    Soyut

    Drosophila'da görsel davranış ekranlarını kullanarak, birden fazla N-kadherin aleli tanımladık. N-kadherinin seçici olarak fotoreseptör nöronlarından (R hücreleri) çıkarılması, R hücre bağlantısındaki bozulmalarla ilişkili olan spesifik görsel davranışlarda eksikliklere neden olur. Bu kusurlar, her üç R hücresi sınıfı (R1-R6, R7 ve R8) tarafından yapılan nöronal bağlantı modelindeki bozulmaları içerir. N-kadherin, hem R hücre aksonlarında hem de hedeflerinde ifade edilir. Göz progenitörlerinin bir alt sınıfında mitotik rekombinasyonu indükleyerek, büyük ölçüde vahşi tip R hücre aksonları ve vahşi tip bir hedef ile çevrili mutant R7 aksonları ürettik. N-kadherin içermeyen R7 aksonları, R8 alıcı katmanına yanlış hedef alır. Hedef özgüllükte kaderinler için önerilen rol bağlamında bu bulguların sonuçlarını değerlendiriyoruz.

    Soyut

    Drosophila bileşik gözünde, uzayda aynı noktadan gelen ışığa tepki veren fotoreseptörler (R hücreleri) retina boyunca dağılır ve aynı hedef nöronlara bağlanır. Bu karmaşık bağlantı modeli, ilk optik ganglion olan laminadaki görsel alanı yeniden yapılandırır. Bu modeli oluşturan hücresel mekanizmaları tanımlamak için belirli R hücresi alt tiplerini silen veya retinal organizasyonlarını değiştiren mutasyonlar kullandık. R hücresi aksonları, laminada yerel bir bölge içindeki hedefleri aramak üzere programlanmıştır, ancak uygun postsinaptik hedeflerin seçilmesi, R hücresi büyüme konileri arasında özel etkileşimler gerektirir. Projeksiyonların oryantasyonu hem retinadaki R hücrelerinin uzaysal düzenlemesi hem de hedefteki ipuçları tarafından kontrol edilir.