アフリカツメガエルにおけるモルフォゲン勾配解釈の鋭い移行のメカニズム

背景：胚発生中に位置情報が確立される1つの方法は、拡散性形態の段階的分布を使用することです。残念ながら、細胞が異なる遺伝子を活性化して異なる濃度のモルフォゲンをどのように解釈するか、またはモルフォゲン勾配で閾値がどのように生成されるかについてはほとんど知られていません。 結果：ここでは、T-Box転写因子Brachyury（XBRA）の濃度依存性誘導と、アフリカツメガエルのアクチビンによるホメオボックス含有遺伝子グオセコイド（GSC）が、3つの元素で構成される単純なネットワークのダイナミクスによって説明できることを示しています。段階的な信号（アクティビン）をバイナリ出力に変換するように機能する相互否定的なフィードバックモチーフを使用します（XBRA ONおよびGSCオフ、またはその逆）。重要なことに、このようなシステムは鋭いしきい値を表示できることです。私たちのモデルの予測と一致して、アフリカアセノプス外胚葉細胞は、アクチビンで処理した後、単一の細胞レベルでバイナリ応答を示します。 結論：相互否定的なフィードバックを備えたこの種の単純なネットワークは、単一の外部信号の異なるレベルに応じて、選択的遺伝子活性化の一般的なメカニズムを提供する可能性があります。モルフォゲン勾配に応じて、異なる細胞型のドメイン間に鋭い境界が作成されるメカニズムを提供します。

BACKGROUND: One way in which positional information is established during embryonic development is through the graded distribution of diffusible morphogens. Unfortunately, little is known about how cells interpret different concentrations of morphogen to activate different genes or how thresholds are generated in a morphogen gradient. RESULTS: Here we show that the concentration-dependent induction of the T-box transcription factor Brachyury (Xbra) and the homeobox-containing gene Goosecoid (Gsc) by activin in Xenopus can be explained by the dynamics of a simple network consisting of three elements with a mutual negative feedback motif that can function to convert a graded signal (activin) into a binary output (Xbra on and Gsc off, or vice versa). Importantly, such a system can display sharp thresholds. Consistent with the predictions of our model, Xenopus ectodermal cells display a binary response at the single cell level after treatment with activin. CONCLUSION: This kind of simple network with mutual negative feedback might provide a general mechanism for selective gene activation in response to different levels of a single external signal. It provides a mechanism by which a sharp boundary might be created between domains of different cell types in response to a morphogen gradient.