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心臓の発生

索引 心臓の発生

心臓の発生 (しんぞうのはっせい)では脊椎動物の胚における心臓について扱う。心臓は最初の機能的に働く臓器である。発生過程は以下の5つの段階がある。.

11 関係: 微小管フィブロネクチンホメオボックス分子モーターキネシンタンパク質内臓逆位線維芽細胞増殖因子骨形成タンパク質Mesp1Nkx2.5

微小管

典型的な動物細胞の模式図: (1) 核小体(仁)、(2) 細胞核、(3) リボソーム、(4) 小胞、(5) 粗面小胞体、(6) ゴルジ体、(7) '''微小管'''、(8) 滑面小胞体、(9) ミトコンドリア、(10) 液胞、(11) 細胞質基質、(12) リソソーム、(13) 中心体 微小管(びしょうかん、、マイクロチューブル)は、細胞中に見いだされる直径約 25 nm の管状の構造であり、主にチューブリンと呼ばれるタンパク質からなる。細胞骨格の一種。細胞分裂の際に形成される分裂装置(星状体・紡錘体・染色体をまとめてこう呼ぶ。星状体・紡錘体は中心体・微小管複合体そのものをその形態からこう呼んだ)の主体は、この微小管である。.

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フィブロネクチン

フィブロネクチン(Fibronectin、略称: FN、Fn、fn、FN1)は、巨大な糖タンパク質で、細胞接着分子である。ヒト由来や哺乳動物由来のフィブロネクチンがよく研究されている。以下は、主にヒト由来フィブロネクチンの知見である。単量体は2,146-2,325アミノ酸残基からなり、分子量は210-250kDaである。 細胞接着分子として、in vitroで、細胞の接着、成長、、分化を促進することから、in vivoで、細胞の細胞外マトリックスへの接着、結合組織の形成・保持、創傷治癒、胚発生での組織や器官の形態・区画の形成・維持など、脊椎動物の正常な生命機能を支える多くの機能があると考えられている。フィブロネクチンの発現異常、分解、器質化は、ガンや(線維症)をはじめとする多くの疾患の病理に関連している。 フィブロネクチンは、細胞膜上の受容体タンパク質であるインテグリンと結合する。また、コラーゲン、フィブリン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン(たとえばシンデカン)などと結合し、細胞外マトリックスを形成する。.

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ホメオボックス

ホメオドメインとDNAの複合体。ホメオドメインはヘリックス・ターン・ヘリックス構造を持つ。 ホメオボックス(homeobox)とは、動物、植物および菌類の発生の調節に関連する相同性の高いDNA塩基配列である。ホメオボックスを持つ遺伝子はホメオボックス遺伝子と呼ばれ、ホメオボックス遺伝子ファミリーを構成する。 ホメオボックスはおおよそ180塩基対があり、DNAに結合しうるタンパク質部位(ホメオドメイン)をコードする。ホメオボックス遺伝子は、例えば足を作るのに必要なすべての遺伝子など、典型的に他の遺伝子のカスケードをスイッチする転写因子をコードする。ホメオドメインはDNAへ特異的に結合する。しかしながら、単独のホメオドメインタンパク質の特異性は通常、その要求される標的遺伝子だけを認識するに充分ではない。ほとんどの場合、ホメオドメインタンパクは他の転写因子また、しばしばホメオドメインタンパク質との複合体としてその標的遺伝子のプロモーター領域で働いている。そのような複合体は単独のホメオドメインタンパク質よりも高度な標的特異性を持つ。 ホメオドメインを含むタンパク質は大きく2つに分類される場合がある。ひとつはゲノム中に特徴的なクラスターを形成している Hox遺伝子群に由来し、Hox タンパク質 (または単に Hox) と呼ばれる。もうひとつは Hox 以外のゲノム中に散在する non-Hox 遺伝子に由来し、non-Hox ホメオ蛋白質とされる。 哺乳類では Hox gene は異なった染色体上に4個のクラスターを形成しており、塩基配列の相同性から13のグループに分けられ、3' 側から番号がつけられている。発生過程ではこの順番に対応して前後軸に沿った発現をし、その位置に特徴的な体節構造を誘導する。これらのことはショウジョウバエのホメオティック変異の解析が端緒となった。 non-Hox 遺伝子には、NK-2ファミリーやMSXファミリーがあり、これらもさまざまな発生分化過程に関わる進化的に保存されたファミリーを形成していることがわかっている。また出芽酵母の性決定を支配するMAT遺伝子もホメオボックスを持つ。 Hox遺伝子は体軸のパターン形成で機能する。そのため、特異的な体の部分の同一性を与えて、Hox遺伝子は、発生中の胎児や幼生で肢や他の体節の成長を決定する。それらの遺伝子の変異は余分な成長を引きおこすことがあり、典型的には無脊椎動物で機能的でない体の部分、例えばショウジョウバエのひとつの遺伝子の欠損のせいでaristapaedia複合体が頭の触角の場所から脚を生やさせる。脊椎動物でのHox遺伝子の変異は通常、誕生前に死亡する。 ホメオボックス遺伝子は初めにショウジョウバエで見つかり、続いて昆虫から爬虫類、哺乳類といった多くの他の種で同定された。右の図はラットのPit-1ホメオボックス含有タンパク質(紫)がDNAに結合している構造モデルである。Pit-1は成長ホルモン遺伝子転写の調整因子である。Pit-1は、POUドメインとホメオドメインの両方を使いDNAへ結合する転写因子のPOU DNA結合ドメインファミリーのひとつである。ホメオボックスは単細胞の酵母などの菌類や植物にすら見られる。このことはこの遺伝子ファミリーが非常に早くに進化して、形態形成の基本メカニズムが多くの生物で同じ事を示している。 ホメオボックス遺伝子の変異は簡単に目に見える表現型の変化を生み出す。上で示した触角の場所にある脚や、二対目の羽といったショウジョウバエの例がそれである。ホメオボックス遺伝子の重複は新しい体の部分を生むことができ、そのような重複が体節のある動物の進化には重要な可能性がある。 コンピューター計算に類似して、ホメオボックス遺伝子はサブルーチンの呼び出しに似ていると考えることができる。これは、DNAの別の場所にすでに存在しているサブシステム全ての産生のスイッチとなる。.

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分子モーター

細胞内で何らかのエネルギーを機械的な動きに変換する分子を分子モーター(英語:molecular motor)と呼ぶ。分子モーターの働きによって細胞は変形・移動し、細胞内では様々な高分子の輸送が行われる。類似の用語にタンパク質モーター、モータータンパク質等。.

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キネシン

(図1) キネシンの構造(モーター領域のみ) キネシン(Kinesin)とは、真核生物の細胞質中に含まれるモータータンパク質の一種。酵母からラット、ヒトを含め広く存在するタンパク質の一群で、この中では最初に発見された conventional kinesin (遺伝子名kinesin-1)の研究がもっとも盛んに行われている。キネシンは主にATPを加水分解しながら微小管に沿って運動する性質を持ち、細胞分裂や神経軸索輸送などの細胞内物質輸送に重要な役割を果たしている。.

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タンパク質

ミオグロビンの3D構造。αヘリックスをカラー化している。このタンパク質はX線回折によって初めてその構造が解明された。 タンパク質(タンパクしつ、蛋白質、 、 )とは、20種類存在するL-アミノ酸が鎖状に多数連結(重合)してできた高分子化合物であり、生物の重要な構成成分のひとつである生化学辞典第2版、p.810 【タンパク質】。 構成するアミノ酸の数や種類、また結合の順序によって種類が異なり、分子量約4000前後のものから、数千万から億単位になるウイルスタンパク質まで多種類が存在する。連結したアミノ酸の個数が少ない場合にはペプチドと言い、これが直線状に連なったものはポリペプチドと呼ばれる武村(2011)、p.24-33、第一章 たんぱく質の性質、第二節 肉を食べることの意味ことが多いが、名称の使い分けを決める明確なアミノ酸の個数が決まっているわけではないようである。 タンパク質は、炭水化物、脂質とともに三大栄養素と呼ばれ、英語の各々の頭文字を取って「PFC」とも呼ばれる。タンパク質は身体をつくる役割も果たしている『見てわかる!栄養の図解事典』。.

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内臓逆位

内臓逆位(ないぞうぎゃくい、Situs inversus)は、内臓の配置が、鏡に映したようにすべて左右反対になる症状をいう。 内臓がすべて左右逆に配置されているだけであれば機能的には問題ない。ほとんどの医師が逆位の患者の診療経験を持たないため、病気や事故などによる診療や手術などで、判断が困難となる場合もある。心臓など、非対称である臓器が左右対称になる症状は、内臓錯位(Situs ambiguus、ヘテロタキシー heterotaxy ともいう)として区別される。内臓錯位では、心機能不全など重篤な症状が現れることが多い。所謂「右心臓」も、この一種。.

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線維芽細胞増殖因子

FGF10とFGFR2bの細胞外ドメインの複合体の構造 線維芽細胞増殖因子(せんいがさいぼうぞうしょくいんし、、FGF)は、血管新生、創傷治癒、胚発生に関係する成長因子の一種。FGFはヘパリン結合性タンパク質で、細胞表面のプロテオグリカンの一種ヘパラン硫酸と相互作用を持つことがFGFのシグナル伝達に不可欠なことが明らかになっている。FGFは広範囲な細胞や組織の増殖や分化の過程において重要な役割を果たしている。.

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骨形成タンパク質

形成タンパク質(Bone Morphogenetic Protein, BMP)は骨、血管、腎臓の異常を治療する上で将来有望な信号タンパク質の遺伝子ファミリーである。 トランスフォーミング増殖因子β(TGF-β)スーパーファミリーに属している。BMPの細胞内のシグナルはSmadによって伝えられる。 この遺伝子群は胎児の発生に重要である。.

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Mesp1

Mesp1またはMesP1(mesoderm posterior 1)は塩基性ヘリックス・ループ・ヘリックス構造(basic helix loop helix motif: bHLH)をもつ転写因子である。Mesp1は原腸陥入期に発現し上皮間葉移行や中胚葉の形成、さらには心血管系細胞のごく初期のマーカーとなる。.

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Nkx2.5

Nkx2.5またはNkx2-5(NK-2 transcription factor related, locus 5)はホメオボックス配列を持ち、NK-2ファミリーに属する転写因子の1つで、心臓の発生に大きく関わっている。Csx(cardiac-specific homeobox)とも呼ばれる。発生初期の心筋前駆細胞に発現するとともに、出生後から成体に至るまで心筋細胞に発現が認められる。NK-2ファミリーの転写因子はショウジョウバエの背側管(dorsal vessel)の発生に関わるtinmanと相同性がある。.

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