Axis Patterning by BMPs: Cnidarian Network Reveals Evolutionary Constraints.
Axis Patterning by BMPs: Cnidarian Network Reveals Evolutionary Constraints.
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DOI：
10.1016/j.celrep.2015.02.035
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发表时间：
2015-03-17
期刊：
影响因子：
8.8
通讯作者：
Technau U
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Genikhovich G;Fried P;Prünster MM;Schinko JB;Gilles AF;Fredman D;Meier K;Iber D;Technau U
BMP信号在双侧对称动物的背腹体轴的建立中起着至关重要的作用。然而，骨形态发生蛋白（BMP）信号网络的拓扑结构在不同的动物群体中有很大的不同，提出了关于BMP信号系统的进化约束和进化能力的问题。使用功能丧失分析和数学建模，我们表明，两个信号中心表达不同的BMP和BMP拮抗剂保持海葵Nematostella的第二轴。我们证明，BMP信号是所需的不对称Hox基因表达和肠系膜形成。计算分析表明，与BMP 4和Chordin相关的网络参数在线虫和非洲爪蟾中都受到限制，而那些描述BMP信号调节剂的网络参数可能会有很大不同。值得注意的是，只有脊索蛋白，而不是bmp4的表达需要空间限制的强大的信号梯度的形成。我们的数据提供了一个解释的BMP信号系统在整个真后生动物轴形成的进化。BMP信号的梯度维持Nematostella中的定向轴BMP信号调节Nematostella Hox基因和模式内胚层BMP网络拓扑结构在Nematostella和爪蟾中相似约束分析揭示了BMP网络组分的可进化性与Bilateria相似，珊瑚虫具有次级定向体轴。Genikhovich等人研究骨形态发生蛋白（BMP）信号网络所需的定向轴区隔和调节交错Hox基因表达的海葵。数学建模揭示了指导动物中轴形成BMP网络进化的约束。
BMP signaling plays a crucial role in the establishment of the dorso-ventral body axis in bilaterally symmetric animals. However, the topologies of the bone morphogenetic protein (BMP) signaling networks vary drastically in different animal groups, raising questions about the evolutionary constraints and evolvability of BMP signaling systems. Using loss-of-function analysis and mathematical modeling, we show that two signaling centers expressing different BMPs and BMP antagonists maintain the secondary axis of the sea anemone Nematostella. We demonstrate that BMP signaling is required for asymmetric Hox gene expression and mesentery formation. Computational analysis reveals that network parameters related to BMP4 and Chordin are constrained both in Nematostella and Xenopus, while those describing the BMP signaling modulators can vary significantly. Notably, only chordin, but not bmp4 expression needs to be spatially restricted for robust signaling gradient formation. Our data provide an explanation of the evolvability of BMP signaling systems in axis formation throughout Eumetazoa. A gradient of BMP signaling maintains the directive axis in Nematostella BMP signaling regulates Nematostella Hox genes and patterns the endoderm BMP network topology is similar in Nematostella and Xenopus Constraint analysis reveals the evolvability of BMP network components Similar to Bilateria, anthozoans possess a secondary directive body axis. Genikhovich et al. examine the bone morphogenetic protein (BMP) signaling network required to compartmentalize the directive axis and regulate staggered Hox gene expression in a sea anemone. Mathematical modeling reveals the constraints guiding the evolution of the axis-forming BMP networks in animals.
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