A C.elegans genom szekvenciája és szerveződése

A Caenorhabditis elegans egy milliméter hosszú, a talajban szabadon élő fonálféreg.

Minden szárazföldön elterjedt.

Morfológiája nagyon leegyszerűsített.

Hermafrodita (XX) és hím (XO) alakjai vannak

A hímek csak 0,1-0,2 %-ban jelennek meg a természetes populációkban (ivari

kromoszóma nondiszjunkció következtében)

Bizonyos mutáns törzseiben

~30% hím (mely folyamatot érinthet a mutáció?)

A C.elegans életciklusa

A férgek petéket raknak, ezekből lárva bújik ki. A lárva kikeléskor kb. 250 m méretű. A lárva növekszik, többször vedlik, míg kifejlett állattá (adult) válik.

A C.elegans esetében a szokásos laboratóriumi feltételek között egy életciklus körülbelül három napig tart >

jó modell

A kifejlett állat élettartama rövid > viszonylag könnyű megnövekedett ill.

csökkent élethosszú (ún. age) mutánsokat izolálni > ÖREGEDÉS kutatás

C.elegans hermafroditák anatómiája

A kifejlett féreg testüregének nagy részét a gonádok teszik ki. A

hermafroditák testében a vulvát alkotó ivarnyíláshoz képest előre és hátra nyúló, páros, két lebenyből álló gonádot találunk. Az ivarnyílást a két karral az uterusz kapcsolja össze. A gonádok teljes hosszuk felénél visszahajlanak, disztális és proximális kart alkotnak. A proximális karokon az uterusz fele haladva petevezetéket és spermatékát találunk, ami az uteruszhoz

kapcsolódik. Érett kifejlett állatban a petevezetéket és az uteruszt centripetális irányban növekvő méretű petesejtek töltik ki. A gonádok petesejteket és spermiumot egyaránt termelnek.

C.elegans hímek anatómiája

A felnőtt egyed testében csak nemosztódó sejtek vannak: hermaf. 939 db, hím 1031 db

A sejtek leszármazási sorsa invariáns, azaz szigorúan determinált, hogy melyik sejtből mi lesz. Ezek a sejtvonalak teljes pontossággal reprodukálódnak.

Hogyan vizsgálható?

1) az embriót kiveszik az uterusból, blasztomerjeit megjelölik (riportergénnel, fluoreszcens jelöléssel) >

az utódsejt is jelölődik > leszármazás

2) Lézeres sejtléziók az embrióban > mi történik utána, mi nem fejlődik ki 3) Nomarski mikroszkópiával

Bizonyos sejtek egyértelmű sorsa, hogy programozott módon elhal (105 db) >

APOPTÓZIS kutatás („lombhullás”)

A C.elegans genom szekvenciája és szerveződése

A C.elegan genom szekvenciája volt az első leolvasott szövetes eukarióta genom. 1998-ban készült el.

A genom 97 Mb méretű és 19.000 gént tartalmaz. Egy génre átlagosan 5 kb DNS esik.

Az emberi gének kb. 70%-a rendelkezik C.elegans ortológgal

Redundancia kicsi

C. elegans Nobel díjak

2002 Nobel Prize in Physiology or Medicine

Sydney Brenner – pioneering genetic studies

John Sulston – elucidating the exact cell lineage from one fertilized egg to 959 cells in the adult

Robert Horvitz – investigation of programmed cell death, which later turned out to be very important in the development of cancer

2006 Nobel Prize in Physiology or Medicine

Andrew Fire and Craig Mello– discovery of RNA interference during translation 2008 The Nobel Prize in Chemistry

Osamu Shimomura, Martin Chalfie and Roger Y. Tsien - for the discovery and development of the green fluorescent protein, GFP.

Multivulva és Vulvaless fenotípusok

Egy jelátviteli (genetikai) útvonal episztázis analízise a C.elegans vulvafejlődés példáján

1. Vulvafejlődésben érintett mutánsok izolálása > komplementációs analízis Vul (vulvaless) mutánsok: lin-45, let-23

Muv (multivulva) mutánsok: lin-1, let-60, lin-15

 5 gén, melyek terméke ebben a folyamatban részt vesz

2. A kettős mutánsok fenotípusának megállapítása (a két csoport minden tagja minden páros variációban)

2. (folyt.) A kettős mutánsok fenotípusának megállapítása – hogyan?

Pl. lin-45 Vul lin-1 Muv

P lin-45-/lin-45- ; lin-1+/lin-1+ x lin-45+/lin-45+ ; lin-1-/lin-1-

F1 mind lin-45+/lin-45- ; lin-1+/lin-1- wt (inter se)

F2 9 lin-45+/ – ; lin-1+/ – wt 3 lin-45+/ – ; lin-1-/ lin-1- Muv 3 lin-45-/lin-45- ; lin-1+/ – Vul

1 lin-45-/lin-45- ; lin-1-/lin-1- kettős mutáns > fenotípus?

Az F2 9:3:4 aránya bizonytalan lehet >:

Kiszedünk F2 Muv-kat, majd megnézzük, hogy önmegtermékenyítéssel milyen utódokat szegregál

lin-45+/ – ; lin-1-/ lin-1-

a) Ha minden utód Muv, akkor a 2xhomozigóta is Muv

b) Ha az utódok 3:1 arányban Muv:Vul, akkor a 2xhomozigóta Vul

3 lin-45+/ – ; lin-1-/lin-1- Muv

1 lin-45-/lin-45- ; lin-1-/lin-1- ? Muv vagy Vul

2. (folyt.) A kettős mutánsok fenotípusának megállapítása – eredmények

lin-1 Muv

let-60

Muv lin-15 Muv

lin-45 Vul Muv Vul Vul

let-23 Vul Muv Muv Vul

3. Az elemek sorbarendezése > páronként

lin-45 lin1 let-60 lin-45

lin-15 lin-45

let-23 lin-1

let-23 let-60 lin-15 let-23

lin-15 let-23 let-60 lin-45 lin-1

„Upstream” „Downstream”

(itt ez az episztatikus elem!!!)

lsd. korábban: biokémiai szintézis útvonalban az upstream elem az

episztatikus elem

4. Az elemek közötti gátlási/aktiválási viszony megállapítása Upstream

Downstream DNS

lin-1 lin-45 let-60 (gf) let-23 lin-15

Muv lin-1 > Muv > a lin-1 normálisan a vulvafejlődést gátolja

vulvafejlődés

Vul lin-45 > Vul, vagyis lin-45 hiányában a lin-1 túlműködik,

„túlgátol” > normálisan a lin-45 gátolja a lin-1-t

Muv mivel tudjuk, hogy a let-60 mutáció funkciónyeréses (gain of function), ezért úgy lesz a let-60 gf mutáns Muv, hogy aktiválja a lin-1 gátló lin-45-t

Vul a let-23 azért okoz Vul fenotípust, mert let-23 hiányában nincs let-60 aktivitás (>nincs lin-45 aktivitás > lin-1 nem gátolt, hanem folyamatosan aktív) > normálisan a let-23 aktiválja a let-60-t

Muv a lin-15 hiánya végeredményben legátolja a lin-1-t >

normálisan tehát a lin-15-nek gátolnia kell a let-23-at

Normálisan gátolt az útvonal + jel (osztódási

szignál, GF

growth factor) >

lin-1 gátlás >

sejtosztódás >

vulva