Menschen teilen DNA, die dabei hilft Mäuse bewegen Ohren, Augen, Whiskers
University of Utah Forscher haben Gene identifiziert, die dafür sorgen, Nerven entwickeln, in der richtigen Teil des Gehirns so Mäuse rollen kann ihre Augen seitlich, wiggle ihre Schnurrhaare, ziehen Sie ihre Ohren zurück und blinken ihre Augenlider.
Die Gene sind für alle Säugetiere, und damit sie wahrscheinlich helfen, die Kontrolle der menschlichen Mimik wie lächelt und missbilligt.
"In dieser Studie haben wir uns an, was Nerven sind, die in einem bestimmten Teil des Gehirns, die hindbrain", sagt Genetiker Mario Capecchi, Professor und Co-Vorsitzender der menschlichen Genetik an der University of Utah School of Medicine und ein Ermittler mit der Howard Hughes Medical Institute (HHMI).
"Wir sehen, dass in bestimmten Teilen der hindbrain, der Embryo macht Nerven, dass Anregen der Gesichtsmuskeln, und in einem anderen Teil der hindbrain, der Embryo macht Nerven, dass Anregen Auge Bewegung."
Die Ergebnisse werden veröffentlicht in der 1. November Ausgabe der Zeitschrift Entwicklung. Capecchi, die die Forschung mit Gary Gaufo, ein Postdoctoral Fellow in der Human-Genetik und HHMI Research Associate, und Genetiker Thomas Kirk, ehemals von der University of Utah und Howard Hughes Medical Institute und arbeitet nun an Hydra Biowissenschaften in Boston.
Die Studie verwendet eine Methode entwickelt von Capecchi und für die er gewonnen hat zahlreiche Auszeichnungen. Es wird als Gen-Targeting "," und es sich dabei um das Deaktivieren oder "klopfen out" verschiedener Gene in Mäuse, um zu sehen, was schief läuft, damit das Lernen, was die Gene normalerweise tun.
Die Forscher fanden heraus, dass durch die Lähmung zwei Genen, Mäusen nicht zu entwickeln Nerven, die normalerweise, eine Verbindung zu einem der sechs Gruppen von Muskeln Controlling Augapfel Bewegungen. Deaktivieren von anderen Genen, die Mäuse entwickeln eine zusätzliche Reihe von Nervenfasern, die die Gesichtsmuskeln.
Die wichtigsten Ergebnisse
Die Studie befasst sich mit den sogenannten Homeobox oder Hox-Gene, die Gene, instrumentieren die Aktionen von anderen Genen, um Embryo-Entwicklung. Die Forscher sahen, wie speziell auf die Hox-Gene direkte Entwicklung der hindbrain, oder hinteren Teil des Gehirns, so dass Nervenzellen gibt verlängern Kabel-wie Fasern zu kontrollieren verschiedenen Teilen des Körpers.
Wie ein Tier Embryo entwickelt, die hindbrain beginnt wie eine flache Platte, dann Locken zu bilden, was heißt das Neuralrohr. Das Neuralrohr gliedert sich in sieben oder acht Segmente, die letztlich zum hindbrain. Die Segmentierung verschwindet von der Zeit, das Tier ist geboren.
In einem der neuen Studie zwei wichtigsten Ergebnisse, Capecchi und Kollegen zeigten, dass im Segment 5 der Entwicklung hindbrain, Gene namens Hoxa3 und Hoxb3 angeben, welche Neuronen oder Nervenzellen entwickeln Axone oder Nervenfasern, um Nervenimpulse auf Muskeln, dass die Kontrolle nach außen Augenbewegungen - Das linke Auge nach links und das rechte Auge der Suche nach rechts. Wenn die zwei Gene deaktiviert wurden in Maus-Embryonen, die Nerven-Verbindungen nicht zu bilden.
"Ohne diese Neuronen Kontrolle der Augen, Sie hätten Cross Augen", sagt Gaufo.
Dieser Teil der Studie gezeigt, wie Hox-Gene direkt die Bildung von spezifischen Nerven, die die Muskeln in bestimmten Teilen des Körpers.
Die mutierten Mäusen starb vor der Geburt. Capecchi Verdächtigen den genetischen Mutationen auch verlassen die Mäuse nicht in der Lage zu atmen, möglicherweise weil Hox3 Gene direkt die Bildung von Nerven, dass die Kontrolle der Atmung.
Die Studie der zweite wichtigste Erkenntnis bezieht sich auf die Tatsache, dass sogar Segmenten (2, 4, 6 und 8) der hindbrain sind ähnlich wie jeder andere, als die ungeraden Segmente (1, 3, 5 und 7). Die Studie hat gezeigt, wie Segmenten 4 und 6 werden voneinander unterscheiden.
Wie? Capecchi und britische Forscher entdeckt in 1996, dass die Hoxb1 Gen Bestellungen die Entwicklung von Nervenzellen in hindbrain Segment 4, senden Nervenfasern zu kontrollieren Gesichtsmuskeln, die es Menschen Lächeln, Stirnrunzeln oder spitzen ihre Lippen, und Mäuse, die es ermöglichen zu wackeln ihre Schnurrhaare, Pull ihre Ohren und ihre Augen blinken.
Die neue Studie fand heraus, dass die Hoxa3 und Hoxd3 Gene normalerweise unterdrücken die Hoxb1 Gen in der Leistungsklasse 6, so dass Segment ist anders als Segment 4. Segment 6 der Regel hat Nerven, die den Hals und Rücken der Zunge. Aber wenn die Hoxa3 Gen-und entweder Hoxb3 oder Hoxd3 verkrüppelt wurden in Maus-Embryonen, Hoxb1 wurde im Segment 6 der hindbrain.
So Segment 6 begonnen, die gleiche Art von Gesichts-Muskel-Kontrolle Nerven, die in der Regel finden sich nur im Segment 4 der hindbrain. So, die Hox3 Gene sicherzustellen, dass die Nerven Controlling Mimik Form in der richtigen Teil des Gehirns.
Diese mutierten Mäusen auch konnte nicht atmen. Wenn sie gelebt hatte, zwei Segmente des hindbrain würde Nervenfasern zu den gleichen Teil des Gesichts, Gaufo sagt.
Dieser Teil der Studie hat gezeigt, wie Hox-Gene helfen drehen einer Charge von identischen Zellen in verschiedene Segmente der Entwicklungsländer hindbrain.
Die Macht der Hox
Die Universität von Utah Studie fügt hinzu, mehr Informationen an die breitere Bild, wie Hox Gene arbeiten, um ein Leben von der die meisten grundlegenden Prozesse: Embryo-Entwicklung.
Als Tier-Leben entwickelt, Spineless Tiere hatten bis zu 13 Hox-Gene. Nach backboned oder Wirbeltiere entwickelte sich aus einem gemeinsamen Vorfahren, jeder primitiven Hox-Gen multipliziert. Bei der frühen Säugetiere entwickelten, hatten sie vier Sätze von 13 Hox-Gene für insgesamt 52.
Einige mutiert, die Tiere zu entwickeln und neue verschiedenen Körperteile. Einige Hox-Gene wurden entlassen und verschwand über die Äonen. Nun, Mäuse, Menschen und andere Säugetiere haben 13 Gruppen von Hox-Gene, mit zwei bis vier Gene in jeder Gruppe, für die insgesamt 39 Hox-Gene.
"Diese Gene sind an dafür sorgen, die Rechte Teile des Körpers werden in der richtigen Stelle", sagt Capecchi. "Sie tun dies sowohl durch die Bereitstellung von Informationen darüber, was jeder Teil des Embryos werden sollten, sowie die Angaben darüber, was sie sollte nicht zu."
Er sagt, dass alle Säugetiere haben die gleichen Hox-Gene, so dass das Lernen, was sie tun bei Mäusen oft zeigt, was sie tun, in die Menschen.
Gaufo sagt, dass in der neuen Studie, "haben wir die hindbrain, um die allgemeine Funktion der Hox-Gene. In der hindbrain, wie der Rest des Körpers, die Hox-Gene Bereitstellung von Informationen, die jedes Segment des Körpers entwickeln einzigartige aus anderen Segmenten ".
Die Studie wurde gezeigt, wie die drei Hox3 Gene - Hoxa3, Hoxb3 und Hoxd3 - direkt die Entwicklung einiger der Nerven, die die Muskeln, die für einige Augen-und Gesichtscreme Bewegungen - und verhindern, dass solche Nerven aus Entwicklungsländern in den falschen Teil der hindbrain.
"Wir sind Anfang an, den Fluss von Informationen, die spezifischen Nervenzellen in einem sich entwickelnden Embryo", sagt Gaufo. "Mit diesem Verständnis, wir schließlich Mai ermitteln die Ursachen der verschiedenen Krankheiten."
Verstehen, wie das Nervensystem entwickelt ist wichtig, weil Tiere verwenden, um Sinn und reagieren auf ihre Umwelt.
"Wenn Sie nicht haben, dass Sie sich ein Stein, Sie sitzen da und nehmen, was kommt", sagt Capecchi. "Also wir sind besorgt, wie das Gehirn zusammen und unterhält eine Beziehung zwischen dem, was wir spüren und wie wir reagieren, wie diese beiden Welten haben, um synchron mit einander, und wie dieses Prozesses wird."
Die Forscher der Studie, weil hindbrain "Hunger, Durst, Angst, des Geschlechts, der Atmung - alle primitiven Reaktionen eines Tieres, auch uns selbst, werden durch die hindbrain", fügt er hinzu. "Herzfrequenz, Atmung und Verdauung werden im Wesentlichen durch die hindbrain."
"Jeder Satz von Hox-Gene gibt jedem Segment des hindbrain Informationen, so dass sie jede Entwicklung ihrer eigenen Identität", sagt Gaufo. "Gleichzeitig wird die Hox-Gene sind auch in einem Segment, sagen nicht so werden wie ein anderes Segment. Auch wenn wir die hindbrain zu beobachten, ist es wahrscheinlich, die in der gesamten Entwicklung von Gehirn und Rückenmark."
Capecchi stimmt zu: "Die gleichen Prinzipien sind wahrscheinlich auf die Nerven entlang der gesamten Körper."
Capecchi hat zahlreiche Preise für seine Rolle bei der Entwicklung von Gen-Targeting, einschließlich der National Medal of Science und den Albert Lasker-Preis für Basic Medical Research in 2001, die 2002-2003 Wolf-Preis in der Medizin und der 2003-Stiftung Pezcoller American Association for Cancer Research International Award for Cancer Research.