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Scaling of embryonic patterning based on phase-gradient encoding

机译:基于相位梯度编码的胚胎图案缩放

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摘要

A fundamental feature of embryonic patterning is the ability to scale and maintain stable proportions despite changes in overall size, for instance during growth. A notable example occurs during vertebrate segment formation: after experimental reduction of embryo size, segments form proportionally smaller, and consequently, a normal number of segments is formed. Despite decades of experimental and theoretical work, the underlying mechanism remains unknown. More recently, ultradian oscillations in gene activity have been linked to the temporal control of segmentation; however, their implication in scaling remains elusive. Here we show that scaling of gene oscillation dynamics underlies segment scaling. To this end, we develop a new experimental model, an ex vivo primary cell culture assay that recapitulates mouse mesoderm patterning and segment scaling, in a quasi-monolayer of presomitic mesoderm cells (hereafter termed monolayer PSM or mPSM). Combined with real-time imaging of gene activity, this enabled us to quantify the gradual shift in the oscillation phase and thus determine the resulting phase gradient across the mPSM. Crucially, we show that this phase gradient scales by maintaining a fixed amplitude across mPSM of different lengths. We identify the slope of this phase gradient as a single predictive parameter for segment size, which functions in a size- and temperature-independent manner, revealing a hitherto unrecognized mechanism for scaling. Notably, in contrast to molecular gradients, a phase gradient describes the distribution of a dynamical cellular state. Thus, our phase-gradient scaling findings reveal a new level of dynamic information-processing, and provide evidence for the concept of phase-gradient encoding during embryonic patterning and scaling.%一种发育中的生物怎样在生长过程中维持其身rn体比例?这个过程被称为比例缩放(scaling),rn但我们对它却知之甚少。这篇论文介绍了研究rn生物学中这一基本问题的一个新模型:在培养rn皿中的一个活体外的中胚层细胞培养,中胚层rn模式形成及体节形成连同比例缩放都在该培养rn皿中发生。利用这种方法,本文作者发现,胚rn胎利用周期性(振荡性)基因活性来维持其比rn例。这种周期性基因活性对胚胎总体大小做出rn反应,反过来又控制胚胎结构的形成。
机译:胚胎构图的基本特征是尽管整体大小发生变化(例如在生长过程中),也可以缩放并保持稳定的比例。一个显着的例子是在脊椎动物节段形成过程中:实验减小胚胎大小后,节段形成成比例地变小,因此,形成了正常数目的节段。尽管进行了数十年的实验和理论研究,但其潜在机制仍然未知。最近,基因活动中的超店面振荡与分段的时间控制有关。但是,它们在扩展方面的含义仍然难以捉摸。在这里,我们显示了基因振荡动力学的尺度是分段尺度的基础。为此,我们开发了一种新的实验模型,一种体外原代细胞培养测定法,可以在准单层的早熟中胚层细胞(以下称为单层PSM或mPSM)中概括小鼠中胚层的模式和片段缩放。与基因活性的实时成像相结合,这使我们能够量化振荡阶段的逐渐偏移,从而确定跨mPSM的最终相位梯度。至关重要的是,我们表明,此相位梯度通过在不同长度的mPSM上保持固定幅度来缩放。我们将这一相位梯度的斜率确定为段大小的单个预测参数,该函数以与大小和温度无关的方式起作用,揭示了迄今无法识别的缩放机制。值得注意的是,与分子梯度相反,相梯度描述了动态细胞态的分布。因此,我们的相位梯度缩放结果揭示了动态信息处理的新水平,并为胚胎图案形成和缩放过程中的相位梯度编码概念提供了证据。研究论文生物学上这个基本问题的一个新模型:在培养rn皿中的利用这种方法,本文作者发现,胚rn胎利用翻转(振荡性)基因,一个活体外的中胚层细胞培养,中胚层rn模式形成和体节形成并成比例缩放都在该培养rn皿中发生。活性来维持其比rn例。这种转变基因活性对预期的总体大小造成rn反应,反过来又控制取向结构的形成。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2013年第7430期|101-105a5|共6页
  • 作者单位

    Developmental Biology Unit, European Molecular Biology Laboratory, 69117 Heidelberg, Germany;

    Developmental Biology Unit, European Molecular Biology Laboratory, 69117 Heidelberg, Germany;

    Department of Physics, McGill University, Montreal, Quebec H3A2T8, Canada;

    Developmental Biology Unit, European Molecular Biology Laboratory, 69117 Heidelberg, Germany;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
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