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Positive and Negative Feedback Loops01:18

Positive and Negative Feedback Loops

Animal organs and organ systems constantly adjust to internal and external changes through a process called homeostasis ("steady state"). Examples of these changes include regulation of the level of glucose or calcium in the blood or internal responses to external temperatures. Homeostasis requires  maintaining an internal dynamic equilibrium:
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Mechanism of Lamellipodia Formation

Cells migrating in response to external stimuli form lamellipodia, which are thin membrane protrusions supported by a mesh of linked, branched, or unbranched actin filaments. These actin filaments interact with myosin motor proteins, creating the dynamic actomyosin complex within the cytoskeleton. Contractility, or the ability to generate contractile stress, is inherent to the actomyosin complex. It helps cells detect the stiffness of the surrounding ECM and exert contractile force for...
Cell Signaling Feedback Loops01:07

Cell Signaling Feedback Loops

Positive and negative feedback loops are crucial for regulating biological signaling systems. These feedback loops are processes that connect output signals to their inputs.
Negative feedback loops
Most signaling systems have negative feedback loops that can perform different functions such as output limiter, and adaptation.
Output limiter
Upon receiving an input signal, the cellular response rapidly increases until a threshold is reached. Beyond this threshold, a negative feedback loop...
Changes in the Appendicular Skeleton with Age01:09

Changes in the Appendicular Skeleton with Age

The upper and lower limb initially develops as a small bulge called a limb bud, which appears on the lateral side of the early embryo. The upper limb bud appears near the end of the fourth week of development, with the lower limb bud appearing shortly after.
Initially, the limb buds consist of a core of mesenchyme covered by a layer of ectoderm. The ectoderm at the end of the limb bud thickens to form a narrow crest called the apical ectodermal ridge. This ridge stimulates the underlying...
Development of the Limb Synovial Joints01:07

Development of the Limb Synovial Joints

Joints form during embryonic development in conjunction with the formation and growth of the associated bones. The embryonic tissue that gives rise to all bones, cartilage, and connective tissues of the body is called mesenchyme.
The mesenchymal stem cells differentiate into chondrocytes that form the hyaline cartilage, and later the cartilaginous model of the bone. This model further transforms into a bone. This process is known as endochondral ossification.
During development, the limbs...
Root Loci for Positive-Feedback Systems01:23

Root Loci for Positive-Feedback Systems

The Hartley oscillator is a positive feedback system that sustains oscillations by feeding the output back to the input in phase, thereby reinforcing the signal. Positive feedback systems can be viewed as negative feedback systems with inverted feedback signals. In these systems, the root locus encompasses all points on the s-plane where the angle of the system transfer function equals 360 degrees.
The construction rules for the root locus in positive feedback systems are similar to those in...

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Un bucle de retroalimentación positiva coordina el crecimiento y el patrón en las extremidades de los vertebrados.

L Niswander1, S Jeffrey, G R Martin

  • 1Department of Anatomy, School of Medicine, University of California at San Francisco 94143-0452.

Nature
|October 13, 1994
PubMed
Resumen

Las vías de señalización del factor de crecimiento de fibroblastos (FGF) y Sonic hedgehog (SHH) regulan el desarrollo de las extremidades. FGF4 y SHH establecen un bucle de retroalimentación positiva, crucial para el crecimiento de las extremidades y el patrón.

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Área de la Ciencia:

  • Biología del desarrollo Biología del desarrollo.
  • Biología Molecular Biología Molecular
  • Genética La genética.

Sus antecedentes:

  • El desarrollo de las extremidades está orquestado por señales de la cresta ectodérmica apical (AER) y el mesénquima subyacente.
  • El factor de crecimiento de fibroblastos (FGF) puede sustituir la función AER, con el ARN Fgf4 localizado en el AER posterior, lo que sugiere FGF4 como una señal de cresta endógena.
  • La zona de actividad polarizante (ZPA) en el margen de la extremidad posterior es vital para el patrón, con Sonic hedgehog (SHH) identificado como una señal polarizante clave.

Objetivo del estudio:

  • Investigar la regulación molecular de la expresión de los genes Fgf4 y Shh durante el desarrollo de las extremidades.
  • Para aclarar las interacciones de señalización entre el AER y ZPA en el patrón de las extremidades.
  • Determinar el papel de FGF4 y SHH en el establecimiento de un bucle de retroalimentación para el crecimiento de las extremidades y el patrón.

Principales métodos:

  • Análisis de los patrones de expresión génica (Fgf4 y localización del ARN Shh).
  • Investigando los efectos de las células que expresan Shh en la expresión de Fgf4 en el AER.
  • Examinar la inducción y el mantenimiento de la expresión de Shh por FGF4 y ácido retinoico en el mesenquima.

Principales resultados:

  • Se encontró que las células que expresan Shh regulan la expresión de Fgf4 en la cresta ectodérmica apical.
  • El FGF4, en combinación con el ácido retinoico, puede activar la expresión Shh en el mesenquima.
  • FGF4 solo puede mantener la expresión Shh, lo que indica un bucle de retroalimentación positiva entre el ZPA y el AER.

Conclusiones:

  • Existe un bucle de señalización recíproca entre el AER (FGF4) y el ZPA (SHH) durante el desarrollo de las extremidades.
  • Este mecanismo de retroalimentación FGF4-SHH es esencial para regular el crecimiento de las extremidades y el patrón anteroposterior.
  • La comprensión de estas interacciones moleculares proporciona información sobre el control genético de la formación de las extremidades de los vertebrados.