Молекулярные механизмы морфогенеза - Банников Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
При рассмотрении раннего развития Drosophila можно обнаружить две различные фазы этого процесса. Первая фаза состоит в подразделении тела на все более и более мелкие домены, каждый из которых характеризуется экспрессией определенного набора регуляторных генов. Реализация этого процесса происходит до целлюляризации зародыша в основном благодаря взаимодействию генов, кодирующих факторы транскрипции, содержащие ДНК-связывающие гомеодомены или 'цинковые пальцы". Начинается эта фаза с асимметрической локализации материнских детерминант и заканчивается установлением трехмерных 'ортогональных" доменов тела, внутри которых происходит последующая биохимическая и морфологическая спецификация.
Эта последующая фаза начинается после того, как бластодерма приобретает клеточное строение и, следовательно, основана на выработке и приеме межклеточных сигнальных молекул.
Хотя синтициальная стадия развития характерна лишь для небольшой группы насекомых, принципы, лежащие в основе ранней комлартментализации зародышей Drosophila вероятно, широко реализуются в раннем эмбриогенезе животных. Примером может служить локализация Vg 1 -транскрипта в вегетативном полюсе яйца шпорцевой лягушки.
40
Во второ,* фазе развития Drosophila - спецификации определенных доменов, основанной на взаимодействии клеток внутри ограниченного компартамента тела, очевидно, используются молекулярные механизмы, общие для всех организмов, В этих процессах и у насекомых, и у позвоночных участвуют близкородственные гены: семейства факторов роста, гены engrailed, twist, .wingless и inti; НОМ и НОХ-комплексы) .
Одновременно с завершением . детерминации общего плана строения тела и наступлением стадии клеточной бластодермы начинаются собственно морфогенетические процессы, связанные с гаструляцией. Тело зародыша начинает приобретать все более сложную форму в результате неравномерного увеличения размеров его участков и, главное, вследствие их изгибов и перемещений. Эти процессы требуют включения новых классов генов, кодирующих 'морфогенетические' молекулы. К ним, в первую очередь, можно отнести молекулы, опосредующие межклеточную адгезию, молекулы, обусловливающие прикрепление клеток к неклеточным субстратам, а также молекулярные компоненты цитоскелета, от которых зависит форма клеток, их способность к перемещению и некоторые другие механические свойства, позволяющие создавать дифференциальное распределение механических напряжений в пространстве и преобразовывать эти напряжения в изменение формы.
В какой степени дифференциальная экспрессия генов морфогенетических молекул определяется характером пространственного распределения активности гомеотических генов и других факторов транскрипции, установившихся на прэдморфоге-нетической стадии развития, - это тот важнейший вопрос, который, вероятно, будет решаться в ближайшие годы при изучении развития на примере Drosophila. Первые результаты исследований такого рода весьма многообещающи. Так, продукт гена SP2 дрозофилы, первоначально обнаруженный как специфически локализованный поверхностный антиген, оказался родственным рецепторам фибронектина, принадлежащим к семейству интегринов [50], и* таким образом, принадлежит к числу молекул* опосредующих взаимодействие клеток с внеклеточным матриксом. Ген SP2 впервые экспрессируется в раннем эмбриогенезе и, вполне вероятно, активируется яаер-ным белком twist. Во всяком случае, мутации по гену twist предотвращают экспрессию гена PS2. Идентифицированы гены Drosophila, кодирующие белки семейства фасцили-нов, которые имеют значительное сходство с молекулами ж клеточной адгезии позвоночных [43, 259, 586]. Фасцилины
избирательно экспрессируются на конусах роста фасцикули-рованных аксонов некоторых групп нейронов и, возможно, участвуют в процессе образования избирательных нервных связей в центральной нервной системе [25, 178, 684]. Предполагают [299], что включение генов фасцилинов в определенных подгруппах нейронов может регулироваться различными гомеобокссодержащими генами, маркирующими специфические зоны центральной нервной системы.
Для того, чтобы получить более полное представление о структуре и функционировании морфологических молекул, мы должны обратиться к тем данным, которые получены на более изученном в этом отношении материале - клеткам позвоночных.
2. МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИЕ МОЛЕКУЛЫ
В первом приближении образование новой формы можно выразить как сумму нескольких * элементарных Ч событий: локальное увеличение или уменьшение клеточной массы, перемещение отдельных клеток или их коллективов, изменение формы индивидуальных клеток или клеток в составе аггре-гатов, трансформации клеточного пласта в популяцию свободно мигрирующих клеток и, наоборот, превращение мезенхимы в эпителий, изгиб клеточных пластов.
Понятно, что эти "элементарные' события слагаются из взаимодействия огромного числа самых различных молекулярных взаимодействий. Тем не менее, для каждого такого события можно попытаться, пусть грубо, выявить такие звенья молекулярных взаимодействий, которые являются движущей силой происходящих изменений.
