Kehitysbiologian malliorganismit

Esitys aiheesta: "Kehitysbiologian malliorganismit"— Esityksen transkriptio:

1 Kehitysbiologian malliorganismit
Selkärankaiset hiiva Seeprakala hiiri Dictyostelium Xenopus C. elegans kana (Ihminen?) Drosophila

2 … ja kehitysgeenit … eli tarina siitä miten pyörää ei tarvinnut keksiä uudelleen

3 Malliorganismit sikiökehitys hyvin samankaltainen ja samojen perusmekanismien säätelemää eri eliöryhmissä malliorganismi on eliö, josta saatua tietoa voidaan soveltaa mallintamaan muita lajeja

4 Malliorganismit selkärangattomat: selkärankaiset:
Seeprakala selkärangattomat: banaanikärpänen, sukkulamato, laakamato, merisiili selkärankaiset: kynsisammakko, seeprakala, kana, hiiri, rotta

5 Malliorganismit Yleensä pienikokoisia, helppoja ylläpitää, hyviä lisääntymään jokaisella malliorganismilla lisäksi omia erityispiirteitä, jonka perusteella ne ovat valikoituneet edustamaan tiettyjä eliöryhmiä

6 Malliorganismit eliöryhmien rajat eivät rajaa saadun tiedon käyttöä:
evoluutiossa hyvin säilyneiden geenituotteiden toiminnasta ja merkityksestä voidaan saada tärkeätä tietoa esimerkiksi selkärangattomista malliorganismeista tätä tietoa voidaan käyttää vaikkapa ihmisen geenivirheiden ymmärtämiseen ja tutkimukseen

7 Kehitysgeenit Yleiset kehitysgeenit - varhaiset tekijät
kaavoittavat, antavat identiteetin, säätelevät ohjelmoitua solukuolemaa SHH, FGF, WNT, TGFb-perhe, homeoottiset geenit, apoptoosin säätelijät

8 Malliorganismit: C. elegans
Sukkulamato, Caenorhabditis elegans noin 1 mm mittainen, maaperässä elävä, harmiton bakteereja ravintonaan käyttävä mato Sydney Brenner otti sen käyttöön koe-eläimenä luvulla

9 C.elegans

10 Miksi C.elegans? tarvittiin uusi, geneettisesti manipuloitava eliö, jonka kehitystä oli helppo seurata mikroskoopissa - madon kaikkien yksittäisten solujen kehitystä voitiin seurata C. elegans oli myös anatomialtaan riittävän yksinkertainen Ensimmäisenä solulinjakartat ja kehitykselle keskeisen apoptoosin mekanismit Koko genomi selvitetty (1998)

11 C. elegans hermafrodiitti koiras

12 Mutaatiot häiritsevät solulinjojen erilaistumista

13 Sydney Brenner Robert Horvitz John Sulston Lääketieteen Nobel 2002
Molecular Sciences Institute Berkeley, CA The Wellcome Trust Sanger Institute Cambridge, UK Massachusetts Institute of Technology (MIT) Cambridge, MA

14 959 solua aikuisessa C. elegansissa
131 solua häviää kehityksen aikana

15 Soluja häviää apoptoottisesti etenkin keskushermoston kehittyessä
Kehitysgeenit Soluja häviää apoptoottisesti etenkin keskushermoston kehittyessä

16 Apaf-1 säätelee keskushermoston kehitystä myös selkärankaisilla
Kehitysgeenit Apaf-1 säätelee keskushermoston kehitystä myös selkärankaisilla

17 Malliorganismit: Drosophila melanogaster

18 Drosophila melanogaster
klassinen sytogenetiikan malli eläinkunnan puolella käytetty koko 1900-luvun tarpeeksi pieni, nopeasti lisääntyvä ja helposti manipuloitavissa geneettisesti

19 Drosophilan elämä

20 Aikuisen kärpäsen ulkoisten rakenteiden mallit
valmiina jo toukan imaginaalilevyissä

21 Jättiläismäiset polyteenikromosomit toukkavaiheissa
mahdollistavat mikroskooppisen geenilokalisaation vastaava suurennos diploidista ihmisen interfaasi-vaiheen tumasta

22 Geneettinen muokkaus

23 Lääketieteen Nobel 1995 Eric Wieschaus Edward B. Lewis
Christiane Nüsslein-Volhard

24 Homeoottiset transformaatiot
Kehitysgeenit Homeoottiset transformaatiot villityyppi Antennapedia mutantti

25 Hox-geenit kärpäsestä ihmiseen
Kehitysgeenit Hox-geenit kärpäsestä ihmiseen

26 HOXit säätelevät raajan rakenteiden “jaokkeita”
Kehitysgeenit HOXit säätelevät raajan rakenteiden “jaokkeita”

27 HOXit säätelevät taka-aivojen jaokkeellisuutta
Kehitysgeenit HOXit säätelevät taka-aivojen jaokkeellisuutta

28 HOXit säätelevät suolen eri osien jaokkeisuutta… jne.
Kehitysgeenit HOXit säätelevät suolen eri osien jaokkeisuutta… jne.

29 Lateraali-inhibitio: Notch-Delta
Kehitysgeenit Lateraali-inhibitio: Notch-Delta

30 Notch signalointi ja lateraali-inhibitio
Kehitysgeenit Notch signalointi ja lateraali-inhibitio

31 Malliorganismit: Selkärankaiset

32 Malliorganismit: Kynsisammakko Xenopus laevis

33 Xenopuksen elämä

34 Spemannin klassiset kokeet vesiliskolla…
Lääketieteen Nobel 1938 Spemannin klassiset kokeet vesiliskolla…

35 …mutta vasta kynsisammakko kertoi mistä on kysymys
Kehitysgeenit …mutta vasta kynsisammakko kertoi mistä on kysymys

36 Malliorganismit: Danio rerio- seeprakala

37 Miksi seeprakala?

38 Seeprakalan elämä

39 Helppo kasvattaa…

40 …helppo manipuloida -mutageneesi

41 Malliorganismit: Kana – Gallus domesticus

42 Kana malliorganismina
helppo kasvattaa ja manipuloida in vitro kana-viiriäskimeerat ovat auttaneet ymmärtämään mm. hermostopienan vaellusta ja erilaistumista käytetyin malli raajasilmun erilaistumiselle Immuunijärjestelmän toiminta

43 Hermostopienan vaellus ja erilaistuminen

44 Raajan kehitys ja kaavoittuminen

45 Kana malliorganismina
Kehitysgeenit Kana malliorganismina SHH-,FGF- ja WNT-signalointi…

46 … säätelevät raajan kaavoittumista…
Kehitysgeenit … säätelevät raajan kaavoittumista…

47 Kehitysgeenit Shh ja raajan kehitys

48 … ja karvan (höyhenien) kehitystä
Kehitysgeenit … ja karvan (höyhenien) kehitystä

49 Malliorganismit: Hiiri – Mus musculus
käytetyin nisäkäsmalli nopea lisääntymään, helppo kasvattaa voidaan manipuloida geneettisesti käytetyin ihmisen tautimalli

50 Hiiren elämä

51 Geeniteknologia

52 Transgeenisiin hiiriin perustuvien tieteellisten julkaisujen määrä

53 EGFP transgeeniset hiiret

54 Transgeeniteknologia
HoxB7promoottori EGFP-geeniaktiivisuus kehittyvässä hiiren munuaisessa

55 Hiiri tautien mallina

56 Shh ja TGFb-perhe säätelevät hermostoputken kaavoittumista
Kehitysgeenit Shh ja TGFb-perhe säätelevät hermostoputken kaavoittumista

57 ”Elinspesifit” kehitysgeenit
Kasvutekijät ja niiden reseptorit Myös transkriptiotekijät ja signaalimolekyylit osallistuvat elinkehitykseen (identiteetti ja kasvutekijöiden tai niiden reseptorien päällekytkentä)

58 Kehitysgeenit VEGF-C Vegfr2-/- VEGF-D Vegfr3-/-
SS VEGFR-3 VEGFR-2 Angiogeneesi / Lymphangiogeneesi Vegfr2-/- Hemangioblastit eivät erilaistu, jakaannu, eivätkä vaella Sikiöt kuolevat varhain Vegfr3-/- verisuonten uudelleen muokkauksen häiriö -/- +/- E10 Kehitysgeenit

59 Lymfaattinen järjestelmä
Injected Dye VEGFR-3 b-Gal Florence Sabin, 1904 Lotta Jussila, 2000

60 -/- WT

61 Ektodermaalinen dysplasia
Kehitysgeenit EDA EDAR DKK WNT

62 Drosophilan ja selkärankaisten retinan rakenne ja kehitys

63 eyeless (Pax6) on silmän kehityksen pääkytkingeeni
Kehitysgeenit eyeless (Pax6) on silmän kehityksen pääkytkingeeni (master regulatory gene)

64 Eyeless=pax6 säätelee silmän kehitystä myös selkärankaisilla
Kehitysgeenit Eyeless=pax6 säätelee silmän kehitystä myös selkärankaisilla

65 Mikä minusta teki ihmisen?

66 Mikä erottaa meidät ihmisistä?

67 Ihmisen evoluutio…

68 Charles Darwin ja Galapagoksen sirkut

69 Ja serkut

70

71

72 Noin 2 miljoonaa vuotta sitten, Homo erectuksen aivojen koko kaksinkertaistui ja syntyivät nykyihmisen aivot. Aivoissamme on noin 100 miljardia hermosolua verrattuna Homo erectuksen 50 miljardiin hermosoluun. Kallon koko kasvoi ja muoto muuttui samanaikaisesti.

73

74 Aivojen evoluutio Mikrokefalia

75 Mikrokefalia-geenit Mikrokefaliini ASPM CDK5RAP2 CENPJ
Isoilla apinoilla perusmuoto Olemme mutantteja ASPM Nopea evoluutio edelleen CDK5RAP2 CENPJ

76

77 Ihmisen ja simpanssin geeneistä 98,8% on samanlaisia!

78 Malarian mysteeri Plasmodium-itiöeläinten aiheuttama tauti

79 Malarian mysteeri Lisääntymisetu ihmiselle
Muilla kädellisillä Neu5Gc ja omat plasmodiumit Lisääntymisetu ihmiselle

80 Jatkuuko ihmisen evoluutio?

81 Ihmisen nykyinen pitkä ikä on ongelma
Ikääntymiseen liittyvät rappeutumissairaudet Keskushermosto Verenkiertoelimet Jne. Jne. Useimmat syövät Ylipainoisuuden aiheuttamat taudit Elämäntapataudit Tupakka Alkoholi

82