모든 유기체의 발달은 그것의 DNA에 인코딩된 유전 정보에 의해 인도됩니다. 유전자가 세포 이동 및 분화와 같은 발달 과정을 제어하는 방법을 연구함으로써 발달 유전학 분야의 과학자들은 다세포 생물의 복잡한 구조가 어떻게 형성되는지 더 잘 이해하려고 노력하고 있습니다.
이 비디오는이 분야에서 주요 발견의 일부를 제시합니다, 발달 유전학자에 의해 묻는 기본적인 질문의 숫자, 과학자들이 이 질문에 대답하기 위하여 이용하는 주요 공구, 그리고 마지막으로, 발달 유전학에 행해지고 있는 특정 연구 결과는 오늘 제출되고 있습니다.
발달 유전학의 필드를 형성한 중요한 발견의 몇몇을 검토해서 시작합시다.
1865년, 오스트리아의 수도사 그레고르 멘델은 완두콩으로 번식 실험을 수행했습니다. 그는 완두콩의 눈에 보이는 특성 또는 종자 색상과 같은 "표현형"이 일관된 규칙에 따라 상속되었다고 관찰했습니다. 이러한 표현형이 실제로 보이지 않는 이산 유전 요인에 의해 통제된다고 제안함으로써 멘델은 유전학 분야의 씨앗을 심었습니다.
이러한 항균 요인은 1909년에 덴마크 식물학자 빌헬름 요한슨에 의해 "유전자"로 명명되었습니다. 그 때, 1910년, 토마스 헌트 모건과 그의 학생들은 염색체에게 불린 세포 핵에 있는 물리적 구조물에서 유전자가 발견된다는 것을 것을을 발견하기 위하여 과일 파리 Drosophila를 모형 유기체로 이용했습니다.
1938년, 살로메 글루크손-왈쉬는 노토코드로 알려진 배아 구조의 발달을 위해 특정 유전자가 필요하다는 것을 보여주었다. 이것은 유전자가 초기 발달 프로세스를 통제한다는 초기 기록 중 이었습니다.
1940년, 콘래드 할 와딩턴은 배아의 세포가 유전자에 의해 통제되는 경로 또는 "운명"을 따라 분화한다는 것을 제안했습니다. 그는 이 과정에 대한 은유를 공식화하여 향후 17년 동안 세포를 다른 세포 운명을 향해 언덕을 굴러 내려가는 대리석으로 여겨지는 "후생유전학적 풍경"이라고 불렀습니다. 세포에 의해 취해지는 경로는 차례로 유전자와 그들의 발현 패턴에 의해 통제되는 풍경에 있는 능선 그리고 계곡을 따릅니다.
1952년, 볼프강 비어만은 유기체내의 다른 세포가 동일한 유전적 함량을 가지고 있지만 염색체의 상이한 영역이 활성화되어 있으며, 이 차동 유전자 발현이 세포 정체성을 정의한다는 것을 확인했습니다.
일단 유전자 발현이 발달에 영향을 미친다는 것을 결정되면, 다음 질문은 어떤 유전자입니까? 이에 대한 답을 강구하기 위해 1970년대에 에드워드 B. 루이스, 크리스티안 누슬린 볼하르트, 에릭 바이샤우스는 화학 물질을 사용하여 과일 파리의 유전자를 무작위로 돌연변이했습니다. 이 돌연변이 스크린을 통해, 과학자는 개발 프로세스의 모든 단계를 통제하는 유전자의 다수를 확인했습니다.
2007년, 국제 과학자 컨소시엄은 각 마우스에 하나씩 모든 유전자가 삭제되거나 "기절"되는 쥐 컬렉션을 만드는 작업을 시작했습니다. 이들 마우스각각의 표현형은 현재 특징이며, 포유동물내의 모든 유전자의 기능의 첫 번째 카탈로그를 우리에게 줄 것이다.
이제 우리는 필드의 뿌리를 검토했습니다, 발달 유전학자가 대답하려고하는 몇 가지 주요 질문을 살펴 보자.
몇몇 연구원은 다세포 배아로 기름지게 한 계란, 또는 zygotes의 변환 도중 초기 사건에 집중하고 있습니다. 이 사건은 "모성 기여" 또는 "모성 효과"로 알려진 현상에서 어머니에 의해 계란에 증착되는 RNA및 단백질에 달려 있습니다. 과학자들은 어머니의 유전자형이 배아의 표현형에 어떻게 영향을 미치는지 배우는 데 관심이 있습니다.
발달 유전학에 있는 또 다른 중앙 질문은: 어떻게 유전으로 동일 세포는 다른 세포 운명을 채택합니까? 과학자들은 다른 세포 중 차등 유전자 발현을 제어하는 많은 요인을 식별하고 있습니다, 어떤 유전자를 표현하는 세포를 알려주는 신호 경로를 포함하여, 그리고 언제 그들을 표현할 것인지, 개발 도중.
마지막으로, 과학자들은 또한 세포의 비정질 덩어리인 초기 배아가 뚜렷하고 기능적인 부분을 가진 복잡한 유기체로 어떻게 변하는지 묻고 있습니다. 이 바디 계획의 형성은 morphogenesis에게 불리고, 과학자는 이 과정을 통제하는 유전자 그리고 통로를 확인하기 위하여 시도하고 있습니다.
이제 발달 유전학자가 묻는 질문 중 일부를 알고 있으므로 이러한 질문에 대답하기 위해 사용하는 기술을 검토해 보겠습니다.
과학자는 그들의 표현을 방해하 여 개발에 있는 특정 유전자의 역할을 공부할 수 있습니다. 이렇게 하는 한 가지 방법은 돌연변이를 도입하거나 비기능성 DNA로 대체함으로써 유기체의 DNA에 있는 유전자를 "노크"하는 것입니다. 대안적으로, 유전자 발현은 표적 mRNA 서열에 결합하고 기능성 단백질의 생산을 방지할 올리고뉴클레오티드를 도입함으로써 "쓰러질" 수 있다.
어떤 유전자가 특정 표현형에 책임이 있는지 확인하기 위해 과학자들은 유전 적 화면을 수행 할 수 있습니다. 전방 유전 화면에서 돌연변이는 돌연변이균으로 알려진 방사선 또는 화학 물질에 의해 유기체에서 무작위로 생성됩니다. 돌연변이가 관심표현형을 표시하는 것으로 밝혀지면 돌연변이된 알 수 없는 유전자를 식별할 수 있습니다. 반대 접근법은 과학자가 먼저 중단을 위한 특정 후보 유전자의 다수를 표적으로 하고, 돌연변이의 결과 표현형을 보는 역 유전 스크린입니다.
마지막으로, 생물학자는 또한 다른 발달 단계에서 유전자 발현을 결정하는 데 관심이 있습니다. 유전자 발현을 측정하기 위한 한 가지 도구는 마이크로어레이이며, 이는 시험할 유전자의 서열을 포함하는 올리고뉴클레오티드가 점재된 칩이다. 일반적인 실험에서, 두 개의 다른 발달 단계에서 유기체에서 추출된 RNA는 다음 마이크로어레이에 혼성화되는 형광 표지 프로브의 2개의 다른 세트를 생성하는 데 사용됩니다. 유전자 발현의 변화는 어레이의 각 점에서 형광 신호로부터 해석될 수 있다.
이 실험적인 기술을 염두에 두고, 연구자들이 발달 유전학을 연구하기 위해 어떻게 적용하고 있는지 살펴보겠습니다.
과학자들은 개발에 영향을 미치는 유전자를 찾기 위해 C. elegans와 같은 모형 유기체에서 대규모 유전 스크린을 수행하고 있습니다. 이것은 일반적으로 RNA 간섭, 또는 RNAi를 통해 행해지며, 유전자가 작은 RNA 분자를 사용하여 침묵하는 과정입니다. 여기서 과학자들은 많은 수의 벌레 유전자에 대해 설계된 RNAi 라이브러리를 포함하는 박테리아로 벌레를 먹이고 동물의 발달에 유전자 녹다운의 효과를 분석했습니다.
그밖 연구원은 발달 표현형을 확인하기 위하여 무작위 돌연변이 발생을 사용하여 전진 유전 스크린을 능력을 발휘하고 있습니다. 이 실험에서, 연구원은 제브라피시 배아를 돌연변이시키기 위하여 유전자 트랩 기술을 이용했습니다, 기자 구조물은 무작위로 유전자의 인트론을 표적으로 하고 그(것)들을 비기능으로 렌더링하는. 과학자는 그 때 쉽게 유전자가 기자 신호를 찾아서 중단되는 동물을 쉽게 확인할 수 있고, 발달 결함을 전시하는 사람들은 책임있는 유전자를 확인할 수 있습니다.
마지막으로, 개발 중인 유기체에서 상이한 세포 유형의 유전자 발현은 세포 분화 및 전문화 중에 어떤 유전자가 켜지거나 꺼지는지 확인하기 위해 마이크로어레이에 의해 프로파일레이션될 수 있다. 이 연구에서는, 다른 세포 모형의 단 하나 신경 세포는 발전망막에서 격리되었습니다. RNA는 그 때 각 특정 세포 모형의 발달에 있는 역할을 하는 유전자를 확인하기 위하여 마이크로 어레이 분석을 위해 이 세포에서 추출되었습니다.
당신은 단지 발달 유전학에 JoVE의 소개를 보았습니다. 이 비디오는 이 분야의 몇 가지 역사적 하이라이트, 발달 유전학자가 묻는 큰 질문, 현재 실험실에서 사용되고있는 몇 가지 저명한 방법 및 발달 생물학을 연구하는 이러한 접근 법의 특정 응용 사항을 검토했습니다. 언제나처럼, 시청주셔서 감사합니다!
