התפתחות תכנית הגוף של הדרוזופילה

התפתחות תכנית הגוף של הדרוזופילה
Wolpert et al., 2015

בדרוזופילות (שם רשמי: תסיסנית, נקראת גם: זבוב הפירות) ישנם דברים רבים שמורים שניתן ללמוד מהם על בני אדם. לפני מאה שנה כשהתחילו ללמוד מדרוזופילות כמודל, הם הסתכלו על:
• התפתחות: סגמנטציה, קביעת צירי התפתחות העובר (קדמי-אחורי, בטני-גבי, פרוקסימלי-דיסטלי), קביעת זהות של תאים ואיברים ע"י הגנים ההומאוטיים, התפתחות העין.
• ביולוגיה של התא: הסתכלות על תאים מתחת למיקרוסקופ ואבחון מעגל התא וחלוקת התאים, הולכה עצבית, מנגנוני הפרשה תאיים, מוות תאי מתוכנן, פגוציטוזה, מע' חיסון מולדת.
• פיזיולוגיה: מנגנונים פיזיולוגיים הקשורים למדע העצבים – זיכרון ולמידה, דפוסי התנהגות שונים, למשל: התמכרות לאלכוהול וסמים בדרוזופילות.
• אבולוציה וגנטיקה של אוכלוסיות: מספר הצאצאים של דרוזופילות מאוד גדול לכן ניתן לעשות דברים רבים בעזרתם, למשל: למידה על מחלות אנושיות כמו סרטן.
מה עושה את זבוב הפירות מערכת מודל גנטית רבת עוצמה?
• קל וזול לגדל זבובים במעבדה כי הם גדלים באינקובטורים בטמפרטורות מסוימות (אין להם חום גוף) ולפי הטמפרטורה מגדילים/מאטים את הקצב.
• מחזור החיים שלהם קצר, ההתפתחות העוברית שלהם לוקחת 24 שעות בלבד.
• נקבה מטילה עשרות רבות של ביצים לכן יש מלא צאצאים בכל דור.
• הגנום של הדרוזופילה קטן יחסית לגנום של בני אדם - יש להם רק 4 זוגות כרומוזומים.
• ניתן לעשות מניפולציות גנטיות בדרוזופילות בקלות - ניתן ליצור זבובים טרנסגניים, ניתן להכניס DNA מקודד לכל מיני איברים, ניתן להכניס גנים שמקודדים לחלבונים פלואורסצנטיים ולסמן אזורים, ניתן להגביר/להשתיק גנים.
• שיתוף פעולה בין החוקרים מה שתורם למחקר להתקדם קדימה.
מבנה הדרוזופילה:
לדרוזופילה יש גוף גדול, זוג כנפיים, 3 זוגות רגליים, עיניים גדולות אדומות, זיפים בכל מיני מקומות המהווים איברי חישה, בטן, חזה, ראש, אנטנות המשמשות גם לחישה.
* זכרים יותר קטנים מנקבות.
מעגל החיים של דרוזופילה:
מעגל החיים של דרוזופילה מאוד קצר והוא תלוי בטמפרטורה (הטמפרטורה לא משפיעה על ההתפתחות עצמה אלא רק על משך זמן ההתפתחות). בטמפרטורה נורמלית 25 צלזיוס נמשך כ-9-10 ימים מעובר עד בוגר. אם נוריד את הטמפרטורה ל- 18 צלזיוס, הקצב יואט וההתפתחות תימשך כ-18-20 יום.
בהתחלה מתרחש שלב ה- embryo genesis שזה שלב ההתפתחות העוברית והוא נמשך 24 שעות. אחר כך, הזחל בוקע ולזחל יש שלושה שלבים (לרווה ראשונה, שנייה, שלישית) ומה שעושה הזחל זה שהוא אוכל וגדל למשך 3-4 ימים . לאחר מכן, יש את שלב מטמורפוזה בו נוצר גולם והמערכות משתלבות ביחד. לבסוף, נוצר זבוב בוגר שחיי בערך חודשיים.




הפרייה וחלוקות:
דרוזופילות מאופיינות בכך שהביצה משופעלת לפני ההפריה, בזמן הביוץ כלומר ההפריה נעשית בתוך גופה של הנקבה והביצה מוטלת כך שבתוכה יש כבר את ה- mRNA וחלבונים אחרים שהם חשובים להתפתחות מוקדמת של העובר. לזכרים יש התנהגות מיוחדת שהם מחזרים אחרי נקבה והנקבה מרשה למי שהיא רוצה. בניגוד לבני אדם, בדרוזופילות תאי זרע יכולים להיכנס לביצה רק דרך מקום מסוים ספציפי שנקרא micropyle. בדומה לבני אדם, גם בדרוזופילות יש תחרות בין תאי הזרע על הביצית אבל לתאי זרע של זבוב יש זנב ענק שבעת שנכנס תא זרע אחד, הזנב שלו חוסם ולא נותן לתאי זרע אחרים להיכנס כלומר הוא מונע את מצב של מולטי ספרמיה. ברגע שתא זרע נכנס, לביצה יש כבר צירים מוגדרים וזה בניגוד לביצה בבני אדם שהיא לא פולרית ברגע כניסת תא זרע. אחרי הפריית הביצית ע"י כניסת תא זרע, ישנן חלוקות ראשונות מסוג superficial בהן מתרחשות חלוקות של גרעין (קריוקיניזיס) אך ללא חלוקות של ציטופלסמה (ציטוקיניזיס) ומה שנוצר זה שק מלא גרעינים שנקרא סינסיטיום כלומר הביצה מלאה גרעינים. איך זה קורה? אין שלבי G של מיטוזה במעגל התא.
ניתן לראות מתחת למיקרוסקופ חלוקות שונות של תאים כך שהנקודות הפלואורסצנטיות מייצגות את הגרעינים בתוך הביצית. מחלוקה 1 עד 13 זה סינסיטיום, אין שום ממברנות כי רק הגרעינים מתחלקים. רק בחלוקה 10 מתחילות להיווצר בחלק האחורי תאים שבהמשך יהיו תאי מין, ורק אחרי חלוקה 13 מתחילים לראות תאים כלומר בחלוקה 14 מתחיל ה- cellular blastoderm.
התאמה בין שני המעברים:
בשלב של ה-blastoderm יש נקודה חשובה מאוד שנקראת mid-blastula transition שהיא מהווה את נקודת המעבר משעתוק של גנים מטרנליים לשעתוק של גנים זיגוטיים - בביצה יש mRNA שמקודד לחלבונים מטרנליים והוא מגיע מאימא, ורק אחרי ה- mid-blastula transition מתחיל שעתוק של גנים זיגוטיים שמגיעים גם מאבא ולא רק מאימא. בנקודה זו:
- חלוקות הגרעין מתחילות להאט מחלוקה כל 8 דקות לחלוקה כל 25 דקות.
- מתחילות להיווצר ממברנות (cellularization).
- יש יותר שעתוק של RNA לכן יש כמות יותר גדולה של RNA חדש.
איך קובעים שזו היא נקודת ה- mid-blastula transition?
- יחס של כורמטין לציטופלסמה: יש אותה כמות של ציטופלסמה כי זה אותו תא, ואז יש הרבה חלוקות לכן יש הרבה כרומטין וכשמגיעים ליחס מסוים בין כרומטין לבין ציטופלסמה, קובעים שזאת הנקודה של המעבר. איך ידעו איזה יחס זה שמעיד על הנקודה בדיוק ולמה יחס כרומטין בגרעין הינו חשוב להופעת נקודת המעבר? לקחו מוטנטיים שהיו הפלואידים ז"א שהיה להם חצי מכמות ה- DNA הנורמלי ואז הם ראו ש- mid-blastula transition היה אצלם מאוחר יותר כלומר לא בחלוקה 13 אלא בחלוקה 14 וזה הוכיח שהיחס של כרומטין בציטופלסמה מאוד חשוב בקביעת מתי תהיה נקודת ה- mid-blastula transition.
- חלבון smaug שמעכב תרגום אבל בהתפתחות מוקדמת הוא גורם לפירוק של mRNA מטרנלי בביצה כי ב- mid-blastula transition רוצים להיפתר מהכמות הגדולה של ה- mRNA המטרנלי ולעלות ב- mRNA הזיגוטי. במוטנטיים שלו ראו שברגע שחלבון זה לא מתפקד כמו שצריך, אז יש עיכוב ב- mid-blastula transition והיא לא מתרחשת בזמן.
- מבקרי מעגל התא משום שבחלוקות הראשונות שלבי G לא קיימים ובמעבר צריכים שכל גורמי מעגל התא יתבטאו וזאת ע"י מבקרים אלה. במוטנטיים ראו שברגע שמבקרי מעגל התא לא פעילים, אז יש עיכוב ב- mid-blastula transitio.
גסטרולציה:
בדרוזופילה, הביצה הינה מאורכת כחצי מ"מ. אם לוקחים אותה וחותכים אותה באמצע אז רואים את החלק הבטני ואת החלק הגבי, וניתן לראות פקטור שעתוק מאוד חשוב שנקרא Twist שהוא חשוב בהתפתחות הרבד השלישי - המזודרם ואז רואים שרק תאים בחלק הוונטרלי מתחילים לבטא את ה- Twist הזה שגורם לתאים...

לקריאת הסיכום המלא הורד/י את הסיכום באמצעות הטופס לעיל^