मॉर्फोजेन और सिग्नलिंग ग्रेडिएंट

मॉर्फोजेन एक सिग्नलिंग अणु है जो एक स्रोत से कोशिकाओं के एक क्षेत्र में सांद्रता ग्रेडिएंट बनाने के लिए फैलता है, और कोशिकाएं विभिन्न सीमा सांद्रता के प्रति अलग-अलग भाग्य अपनाकर प्रतिक्रिया करती हैं। सिग्नल का यह ग्रेडिएंट स्थितिगत जानकारी वहन करता है, जिससे कोशिकाओं की एक समान शीट को व्यवस्थित क्षेत्रों में स्वरूपित किया जा सकता है। मॉर्फोजेन और सिग्नलिंग ग्रेडिएंट एक केंद्रीय तंत्र हैं जिसके द्वारा भ्रूण आणविक सांद्रता को स्थानिक संरचना में अनुवादित करते हैं।

Definition

मॉर्फोजेन एक ऐसा पदार्थ है जो एक स्थानीयकृत स्रोत पर उत्पन्न होता है और एक ऊतक में एक सांद्रता ग्रेडिएंट बनाता है, जो विशिष्ट सांद्रता सीमाओं पर विशिष्ट कोशिका भाग्य को निर्दिष्ट करता है; सिग्नल का परिणामी स्थानिक वितरण एक सिग्नलिंग ग्रेडिएंट है जो स्थितिगत जानकारी प्रदान करता है।

Scope

यह प्रविष्टि बताती है कि मॉर्फोजेन क्या परिभाषित करता है, ग्रेडिएंट कैसे उत्पन्न और आकारित होते हैं, कोशिकाएं भाग्य के निर्णय लेने के लिए सांद्रता सीमाओं को कैसे पढ़ती हैं, और पैटर्न निर्माण की व्याख्या करने वाले मुख्य मॉडल। यह मॉर्फोजेन ग्रेडिएंट्स को विकासात्मक जीव विज्ञान के भीतर एक आणविक तंत्र के रूप में मानता है और संदर्भ और शैक्षिक है, नैदानिक ​​मार्गदर्शन नहीं।

Core questions

• एक सच्चे मॉर्फोजेन को अन्य सिग्नलिंग अणुओं से क्या अलग करता है?
• एक ऊतक में मॉर्फोजेन ग्रेडिएंट कैसे उत्पन्न, आकारित और स्थिर होते हैं?
• कोशिकाएं श्रेणीबद्ध सिग्नल को असतत भाग्य निर्णयों के रूप में कैसे व्याख्या करती हैं?
• ग्रेडिएंट व्याख्या को शोर और ऊतक के आकार में परिवर्तन के प्रति मजबूत कैसे बनाया जाता है?

Key concepts

• मॉर्फोजेन का स्रोत और सिंक
• सांद्रता सीमाएं और भाग्य सीमाएं
• स्थितिगत जानकारी
• प्रसार और परिवहन द्वारा ग्रेडिएंट निर्माण
• ग्रेडिएंट की मजबूती और स्केलिंग
• बाइकोइड, सोनिक हेजहोग, बीएमपी और डब्ल्यूएनटी ग्रेडिएंट जैसे उदाहरण

Key theories

स्थितिगत जानकारी (फ्रेंच ध्वज मॉडल)

वोल्परट ने प्रस्तावित किया कि एक श्रेणीबद्ध सिग्नल एक अक्ष के साथ कोशिकाओं को स्थितिगत मान प्रदान करता है, जिसे कोशिकाएं कुछ भाग्य चुनने के लिए सांद्रता सीमाओं के खिलाफ व्याख्या करती हैं, जिसे असतत रंगीन क्षेत्रों में विभाजित एक फ्रांसीसी ध्वज की सादृश्यता द्वारा चित्रित किया गया है।

प्रतिक्रिया-प्रसार पैटर्न

ट्यूरिंग ने गणितीय रूप से दिखाया कि विसरित सक्रियकर्ता और अवरोधक पदार्थों की बातचीत लगभग-समान प्रारंभिक स्थितियों से अनायास स्थिर स्थानिक पैटर्न उत्पन्न कर सकती है, जो स्व-संगठित आवधिक संरचनाओं के लिए एक तंत्र प्रदान करती है।

Mechanisms

एक मॉर्फोजेन एक स्थानीयकृत स्रोत से स्रावित होता है और कोशिकाओं के एक क्षेत्र में फैलता है, जिससे एक सांद्रता उत्पन्न होती है जो स्रोत के पास अधिक और उससे दूर कम होती है। इस ग्रेडिएंट का आकार उत्पादन, प्रसार या परिवहन, और क्षरण या अवशोषण के बीच संतुलन द्वारा निर्धारित होता है। ग्रेडिएंट के साथ कोशिकाएं अपने रिसेप्टर्स के माध्यम से स्थानीय सांद्रता को महसूस करती हैं और इसे इंट्रासेलुलर सिग्नलिंग गतिविधि में परिवर्तित करती हैं; विभिन्न सांद्रता सीमाएं लक्ष्य जीन के विभिन्न सेटों को चालू करती हैं, ताकि विभिन्न स्थितियों में कोशिकाएं अलग-अलग भाग्य अपनाएं और डोमेन के बीच तेज सीमाएं बनें। प्रतिक्रिया-प्रसार गतिशीलता, जिसमें विभिन्न श्रेणियों के साथ एक सक्रियकर्ता और एक अवरोधक बातचीत करते हैं, स्व-संगठित आवधिक पैटर्न के लिए एक अतिरिक्त मार्ग प्रदान करते हैं। तंत्र जो ग्रेडिएंट को उतार-चढ़ाव वाले अणु स्तरों के खिलाफ बफर करते हैं और जो इसे ऊतक के आकार में मापते हैं, परिणामी पैटर्न को मजबूत और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य बनाते हैं।

Clinical relevance

चूंकि मॉर्फोजेन ग्रेडिएंट शरीर के अक्षों और अंग क्षेत्रों को स्थापित करते हैं, मॉर्फोजेन उत्पादन, सीमा या व्याख्या को बदलने वाले उत्परिवर्तन जन्मजात विकृतियों से जुड़े होते हैं, और कई मॉर्फोजेन मार्ग रोग में फिर से सक्रिय हो जाते हैं। यह प्रविष्टि संदर्भ और शिक्षा के लिए तंत्र की व्याख्या करती है और निदान या उपचार का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

साक्ष्य प्रायोगिक विकासात्मक जीव विज्ञान से आता है - फल मक्खी, मेंढक और ज़ेब्राफिश जैसे जीवों में ग्रेडिएंट के आनुवंशिक, भ्रूणविज्ञान, बायोफिजिकल और इमेजिंग अध्ययन - गणितीय मॉडलिंग के साथ, नैदानिक ​​दिशानिर्देशों के बजाय समीक्षा साहित्य और पाठ्यपुस्तकों में संश्लेषित।

History

ट्यूरिंग के 1952 के प्रतिक्रिया-प्रसार सिद्धांत ने रासायनिक पैटर्न के स्व-संगठित होने के तरीके का एक प्रारंभिक गणितीय विवरण दिया। वोल्परट की 1969 की स्थितिगत जानकारी की अवधारणा ने श्रेणीबद्ध संकेतों और सीमा व्याख्या के आसपास पैटर्न निर्माण को फिर से परिभाषित किया, और आणविक मॉर्फोजेन की बाद की पहचान - जैसे कि मक्खी भ्रूण में बाइकोइड और कशेरुकी तंत्रिका ट्यूब में सोनिक हेजहोग - ने इन विचारों को एक आणविक रूप से आधारित ढांचे में बदल दिया जो अब विकासात्मक जीव विज्ञान के लिए केंद्रीय है।

Debates

एक मॉर्फोजेन ग्रेडिएंट वास्तव में कैसे परिवहन और आकारित होता है?

क्या ग्रेडिएंट मुख्य रूप से मुक्त बाह्यकोशिकीय प्रसार द्वारा या प्रतिबंधित, कोशिका-मध्यस्थता परिवहन द्वारा बनते हैं, और कैसे क्षरण और रिसेप्टर अवशोषण ग्रेडिएंट की सीमा निर्धारित करते हैं, यह एक सक्रिय प्रश्न बना हुआ है जिसमें विभिन्न मॉर्फोजेन अलग-अलग व्यवहार करते हैं।

Key figures

• Lewis Wolpert
• Alan Turing
• Christiane Nusslein-Volhard
• Alexander Schier

Seminal works

• turing-1952
• wolpert-1969
• rogers-schier-2011

Frequently asked questions

एक सिग्नलिंग अणु को मॉर्फोजेन क्या बनाता है?

एक मॉर्फोजेन अपने स्रोत से दूरी पर सांद्रता-निर्भर तरीके से कार्य करता है, विभिन्न सीमा सांद्रता पर सीधे एक से अधिक कोशिका भाग्य को निर्दिष्ट करता है, बजाय केवल एक प्रतिक्रिया को चालू या बंद करने के।

एक चिकना ग्रेडिएंट क्षेत्रों के बीच तेज सीमाएं कैसे उत्पन्न करता है?

कोशिकाएं असतत सांद्रता सीमाओं के खिलाफ श्रेणीबद्ध सिग्नल की व्याख्या करती हैं, ताकि एक सीमा को पार करने से एक कोशिका एक अलग जीन-अभिव्यक्ति स्थिति में बदल जाती है, एक निरंतर ग्रेडिएंट को तेज सीमाओं के साथ अलग-अलग डोमेन में परिवर्तित करती है।