TIMING CAN TAKE THE STRIPES OFF A ZEBRAFISH
UNIVERSITY OF WASHINGTONrightOriginal Study
Posted by Sandra Hines-UW on November 12, 2014
New research offers insights into how zebrafish get their stripes, as well as how to “erase” them.
The findings give new understanding about genes and cell behaviors that underlie pigment patterns in zebrafish that, in turn, could help unravel the workings of pigment cells in humans and other animals, skin disorders such as melanoma, and cell regeneration.
RELATED ARTICLES
ON FUTURITY
Toxic ticks spread illness as planet warms
Yale University
Toxic ticks spread illness as planet warms
OLYMPUS DIGITAL CAMERA
University of California, Santa Barbara
Fish populations hinge on available food
gobyfish_525
Monash University
Fish dads with 'Napoleon complex' act tough
“Using zebrafish as a model, we’re at the point where we have a lot of the basic mechanisms, the basic phenomenology of what’s going on, so we can start to look at some of these other species that have really different patterns and start to understand them,” says David Parichy, a professor of biology at University of Washington and corresponding author of both papers.
Zebrafish, a tropical freshwater fish about 1.5 inches long, belongs to the minnow family and is a popular addition to home aquariums. Adults have long horizontal blue stripes on their sides, hence the reference to “zebra.”
These patterns have roles in schooling, mate-selection, and avoiding predators. Given their importance, scientists have long wanted to know where these pigment cells come from and how they make stripes and other arrangements.
Unlike humans with a single pigment cell type—the amount of melanin that produces color being determined by everyone’s individual genetics—there are three pigment cells that make the zebrafish pattern.
Researchers have previously shown that all three types of pigment cells communicate with one another to organize zebrafish stripes and that two of the pigment cells—one that creates black and another silver—come from stem cells.
STRIPES IN THE MAKING
In Science, two papers report that the cells called xanthophores that produce the color orange don’t come from stem cells as had long been assumed. Instead, they come from pre-existing cells in the embryo.
The researchers also determined the surprising process by which this occurs: cells in the embryo first mature into xanthophores and then, when it’s time to make stripes, these same cells lose their color, increase in number, and then turn back into xanthophores with color.
“This is remarkable because cells do not normally lose their mature properties, let alone regain them later,” Parichy says. “Knowing how xanthophores achieve this feat could provide clues to regeneration of tissues and organs without the need for stem cells.”
Even more remarkably, the authors found that the re-development of orange-producing xanthophores requires thyroid hormone, the same hormone that turns tadpoles into frogs, suggesting that xanthophores undergo their own metamorphosis. At the same time thyroid hormone blocks development of the black cells, setting the proper shade overall.
“In the last 10 to 15 years people trying to understand these patterns have concentrated on how the three pigment cell types interact with each other. We showed the tremendous dependence on thyroid hormone for the pattern that develops,” Parichy says.
TIMING TAKES STRIPES AWAY
In the Nature Communications paper, Parichy’s group reports on a gene that drives the unusually early appearance of xanthophores—independent of thyroid hormone—in another species, the pearl danio. Unlike zebrafish this species lacks stripes: its pigment cells are intermingled and arranged uniformly on the body, giving it a pearly orange color.
By expressing this gene the same way in zebrafish, the researchers caused the fish to make extra-early xanthophores and the fish produced a uniform pattern like the pearl danio instead of their usual stripes.
“Really simple changes in timing make totally different patterns,” Parichy says.
This unexpected result shows that a core network of interacting cells can generate very different patterns in response to changes in timing, a discovery that could explain color pattern evolution across a variety of species.
“If you’d asked me five years ago if we’re in a position to have some useful hypotheses about where patterns come from in other species, I’d have said, ‘no,'” Parichy says.
“But I think now we’re really at the point where we understand a lot of the basics and we can start to frame testable hypotheses. We can see how much of this is just a simple difference in timing, a difference in thyroid hormone responsiveness, or a difference in cellular communication itself.”
Additional researchers contributed from University of Washington, Iowa State University, and University of Oregon. The NIH funded both studies.
Source: University of Washington
CHAT0 COMMENTS ACTIONSHARE
You are free to share this article under the Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported license.
TIMING สามารถใช้แถบปิด zebrafish
UNIVERSITY OF WASHINGTONrightOriginal ศึกษาเขียนโดยแซนดร้าไฮนส์-UW ที่ 12 พฤศจิกายน 2014 งานวิจัยใหม่เสนอข้อมูลเชิงลึกในวิธี zebrafish ได้รับลายเส้นของพวกเขาเช่นเดียวกับวิธีการ "ลบ" พวกเขา. ผลการให้ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับ ยีนและพฤติกรรมมือถือที่รองรับรูปแบบเม็ดสีใน zebrafish ว่าในทางกลับกันจะช่วยคลี่คลายการทำงานของเซลล์สร้างเม็ดสีในมนุษย์และสัตว์อื่น ๆ , โรคผิวหนังเช่นเนื้องอกและฟื้นฟูเซลล์. บทความที่เกี่ยวข้องON FUTURITY เห็บเป็นพิษแพร่กระจายเจ็บป่วยเป็นดาวเคราะห์อุ่นมหาวิทยาลัยเยลเห็บเป็นพิษแพร่กระจายเจ็บป่วยเป็นดาวเคราะห์อุ่นOLYMPUS DIGITAL CAMERA จาก University of California, Santa Barbara ประชากรปลาขึ้นอยู่กับอาหารที่มีgobyfish_525 มหาวิทยาลัย Monash พ่อปลาที่มี 'นโปเลียนที่ซับซ้อน' ทำหน้าที่ที่ยากลำบาก"การใช้ zebrafish เป็นแบบเราอยู่ที่จุดที่ เรามีจำนวนมากของกลไกพื้นฐาน, ปรากฏการณ์พื้นฐานของสิ่งที่เกิดขึ้นเพื่อให้เราสามารถเริ่มต้นที่จะดูที่บางสายพันธุ์อื่น ๆ เหล่านี้ที่มีรูปแบบแตกต่างกันจริงๆและเริ่มที่จะเข้าใจพวกเขา "เดวิด Parichy ศาสตราจารย์ของชีววิทยาที่กล่าวว่า มหาวิทยาลัยวอชิงตันและผู้เขียนที่สอดคล้องกันของเอกสารทั้งสอง. Zebrafish, ปลาน้ำจืดเขตร้อนประมาณ 1.5 นิ้วยาวเป็นของครอบครัวสร้อยและเป็นยังเป็นที่นิยมในการพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำที่บ้าน ผู้ใหญ่มีแถบสีฟ้ายาวแนวนอนที่ด้านข้างของพวกเขาด้วยเหตุนี้การอ้างอิงถึง "ม้าลาย". รูปแบบเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการเรียนการสอน, การเลือกคู่และการหลีกเลี่ยงการล่า ให้ความสำคัญของพวกเขานักวิทยาศาสตร์ได้นานอยากจะรู้ว่าที่เหล่านี้เซลล์สร้างเม็ดสีที่มาจากและวิธีการที่พวกเขาทำให้ลายเส้นและการเตรียมการอื่น ๆ . ซึ่งแตกต่างจากมนุษย์มีเซลล์เม็ดสีเดียวชนิดปริมาณของเมลานินที่ผลิตสีที่ถูกกำหนดโดยทุกคนแต่ละพันธุศาสตร์-มี สามเซลล์สร้างเม็ดสีที่ทำให้รูปแบบ zebrafish. นักวิจัยได้แสดงให้เห็นก่อนหน้านี้ว่าทั้งสามประเภทของเซลล์เม็ดสีที่สื่อสารกับคนอื่นในการจัดระเบียบและลาย zebrafish ที่สองของเม็ดสีที่เซลล์หนึ่งที่สร้างสีดำและอื่น ๆ เงินมาจากเซลล์ต้นกำเนิด. STRIPES ในการทำในวิทยาศาสตร์สองเอกสารรายงานว่าเซลล์ที่เรียกว่า xanthophores ที่ผลิตสีส้มไม่ได้มาจากเซลล์ต้นกำเนิดที่ได้รับการสันนิษฐานยาว แต่พวกเขามาจากเซลล์ที่มีอยู่ก่อนในตัวอ่อน. นักวิจัยยังระบุกระบวนการที่น่าแปลกใจที่นี้เกิดขึ้น: เซลล์ในตัวอ่อนแรกเติบโตเป็น xanthophores และแล้วเมื่อถึงเวลาที่จะให้ลายเซลล์เหล่านี้เหมือนกันเสียสีของพวกเขา เพิ่มจำนวนและเปิดกลับเข้ามาใน xanthophores ด้วยสี. "นี่คือที่น่าทึ่งเพราะเซลล์ไม่ปกติสูญเสียคุณสมบัติที่เป็นผู้ใหญ่ของพวกเขาให้อยู่คนเดียวคืนได้ในภายหลัง" Parichy กล่าวว่า "รู้วิธี xanthophores บรรลุความสำเร็จนี้อาจให้เบาะแสกับการงอกของเนื้อเยื่อและอวัยวะโดยไม่ต้องใช้เซลล์ต้นกำเนิด." มากยิ่งขึ้นอย่างน่าทึ่งที่ผู้เขียนพบว่าใหม่พัฒนา xanthophores ส้มผลิตต้องไทรอยด์ฮอร์โมนฮอร์โมนเดียวกันกับที่จะเปิด ลูกอ๊อดเป็นกบบอกว่า xanthophores รับการเปลี่ยนแปลงของตัวเอง ในขณะเดียวกันไทรอยด์ฮอร์โมนการพัฒนาบล็อกของเซลล์สีดำ, การตั้งค่าสีที่เหมาะสมโดยรวม. "ในช่วง 10 ถึง 15 ปีคนพยายามที่จะเข้าใจรูปแบบเหล่านี้มีความเข้มข้นในการสามชนิดเซลล์เม็ดสีโต้ตอบกับแต่ละอื่น ๆ เราแสดงให้เห็นว่าการพึ่งพาอาศัยกันอย่างมากต่อไทรอยด์ฮอร์โมนสำหรับรูปแบบที่พัฒนา "Parichy กล่าว. ไทม์ใช้เวลา STRIPES AWAY ในกระดาษสื่อสารธรรมชาติ, กลุ่ม Parichy ของรายงานเกี่ยวกับยีนที่ไดรฟ์ลักษณะต้นผิดปกติของ xanthophores อิสระของต่อมไทรอยด์ฮอร์โมนในอีก ชนิด Danio มุก ซึ่งแตกต่างจากสายพันธุ์ zebrafish นี้ขาดลาย. เซลล์สร้างเม็ดสีที่ได้รับการผสมและจัดอย่างสม่ำเสมอในร่างกายให้มันสีส้มไข่มุกโดยแสดงยีนนี้เช่นเดียวกับใน zebrafish นักวิจัยที่เกิดปลาที่จะทำให้ xanthophores พิเศษในช่วงต้นและปลา การผลิตรูปแบบเหมือนกันเช่น Danio มุกแทนของลายปกติของพวกเขา. "เปลี่ยนแปลงง่ายจริงๆในเวลาทำให้รูปแบบที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง" Parichy กล่าว. นี้ผลที่ไม่คาดคิดแสดงให้เห็นว่าเครือข่ายหลักของเซลล์ปฏิสัมพันธ์สามารถสร้างรูปแบบที่แตกต่างกันมากในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงใน ระยะเวลาการค้นพบที่สามารถอธิบายวิวัฒนาการรูปแบบสีในหลากหลายสายพันธุ์. "ถ้าคุณเคยถามผมห้าปีที่ผ่านมาถ้าเราอยู่ในตำแหน่งที่จะมีการตั้งสมมติฐานที่มีประโยชน์บางอย่างเกี่ยวกับรูปแบบที่มาจากในสายพันธุ์อื่น ๆ ผม ได้กล่าวว่า 'ไม่' "Parichy กล่าวว่า. "แต่ผมคิดว่าตอนนี้เรากำลังจริงๆที่จุดที่เราเข้าใจมากของพื้นฐานและเราสามารถเริ่มต้นที่จะใส่ร้ายทดสอบสมมติฐาน เราจะเห็นว่าเรื่องนี้เป็นเพียงความแตกต่างที่เรียบง่ายในเวลาที่แตกต่างในการตอบสนองต่อฮอร์โมนของต่อมไทรอยด์หรือความแตกต่างในการสื่อสารโทรศัพท์มือถือของตัวเอง. " นักวิจัยส่วนเพิ่มเติมจาก University of Washington, มหาวิทยาลัยรัฐไอโอวาและมหาวิทยาลัยโอเรกอน ได้รับทุนการศึกษาของ NIH ทั้ง. ที่มา: มหาวิทยาลัยวอชิงตันความคิดเห็น CHAT0 ACTIONSHARE คุณมีอิสระที่จะแบ่งปันบทความนี้อยู่ภายใต้ Creative Commons Attribution-ไม่ดัดแปลง 3.0 ใบอนุญาต Unported
การแปล กรุณารอสักครู่..
