Молекулярные механизмы морфогенеза - Банников Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
менты оказываются замещенными на задние брюшные сегменты и терминалии. При этом у эмбрионов, матери которых не-
сут мутантный ген BicD, продукт гена пов локализуется но в заднем конце тела, а на обоих полюсах. Нарушение локализации nos —детерминант приводит к подавлению активности "морфогена"' переднего полюса-гена bicoid. Анализ локализации самого продукта BicD показывает, что в оонитах дикого типа этот белок распределен равномерно, тогда как при мутациях по гену BicD он сконцентрирован на переднем полюсе яйца (649] . Ген BicD кодирует цитоплазматический белок, состоящий из 782 аминокислотных остатков, что составляет окоЛо 89 кД. Аминокислотная последовательность BicD -белка содержит 5 участков длиной в 50-100 остатков с семичленной периодичностью, приводящей к образованию стержневидных доменов в результате закручивания а-спиралей вокруг друг друга ( coil-coiled - конформация).[ 649]. Конформация такого типа характерна для многих белков цитоскелета [475]. Непосредственное сравнение последовательности белка BicD с банком данных выявило значительные гомологии с С-концевыми районами тяжелых цепей миозина и с некоторыми белками промежуточных филаМентов I 649 ].
Несмотря на внешнее сходство детерминации с помощью материнских генов плана строения переднего и заднего отделов зародыша у Drosophila, оказалось, что принципы механизмов, действующих в первом и втором случаях - различны.
Организатор переднего отдела - ген bicoid - действует путем прямой регуляции экспрессии некоторых иерархически подчиненных ему регуляторных генов [207, 2.14, 425. 620]. В этом смысле он ведет себя как классический "градиентный' морфоген [657] , концентрации которого в данной узкой зоне определяют, произойдет ли в этой зоне некоторое событие или нет [156], Напротив, главная, если не единственная роль детерминанты nanos заключается в предотвращении трансляции с материнского транскрипта гена hunch back (hb)
(см. ниже) в задней половине зародыша [287, 607], Таким образом, активность гена nanos играет скорее пермиссивную, чем инструктивную роль в организации заднего отдела зародыша. Эти события протекают на следующей стадии развития, когда сегментацией начинают управлять гены зиготы, локализация экспрессии которых зависит от локализации продуктов описанных материнских генов.
1,1.2. Gap-гены сегментации
За два цикла ядерных делений до наступления целлюляри— зации бластодермы эмбрион впервые становится подразделенным на зоны, качественно отличающиеся по транскрипции определенных зиготических генов. Известно три главных i ена, активирующихся на этой стадии: hunchback (hb), Krlippel (Кг) и Knirps (Kni) [456], каждый из которых кодирует белок, оодержащий ДНК—связывающий пальцевидный домен [523, 620]. Эти гены объединяют под названием gap-генов 0&at>-gcncs), поскольку у соответствующих мутантов оказываются 'пропущенными' определенные участки тела, например, отсутствие брюшных сегментов при нормально развитых голове, груди и 'хвостовой' терминали-тельсоне.
Первоначально экспрессия гена hb происходит в двух районах, имеющих размытые границы: один из них распространяется от переднего полюса приблизительно до середины длины яйца, а второй — от заднего полюса примерно до четверти длины яйца сзади [620]. Ген Кг в то же время экспрессирован как нечетко отграниченная зона в центральной части яйца [215, 341], а ген Kni экспрессируется в двух зонах, одна из которых расположена спереди, а другая
- сзади от зоны экспрессии гена Кг [29*9]. Мутации, инактивирующие материнские гены bed и nos, приводят к существенным изменениям в локализации экспрессии gap-генов. У мутантов по гену bed зиготический ген hb ос~ тается не экспрессированным, а зона экспрессии гена Кг расширяется в направлении переднего конца эмбриона [214, 619]. Аналогичным образом в отсутствие активности только гена nos зона экспрессии гена Кг сдвигается к заднему концу тела.
На сегодняшний день известно, что как ген bed, так и ген nos участвуют в создании ограниченной зоны экспрессии белкового продукта гена hb, хотя и играют совершенно разные роли в этом процессе.
Ген hb впервые транскрибируется с материнских генов во время оогенеза, и его транскрипт равномерно откладывается по всему яйцу [620]. После оплодотворения продукт гена nos, - распространяясь от заднего полюса, по-видимому, дестабилизирует материнский транскрипт hb, • предотвращая его раннюю экспрессию в задней половине зародыша [559]. Вскоре после этого морфоген bed, распространяясь от переднего полюса, включает транскрипцию зиготнческого гена
hb В передней половине тела [559]. Показано, что эта активация транскрипции определяется связыванием продукта гена bed с пятью регуляторными сайтами, лежащими выше точки старта транскрипции в гене hb и имеющими консенсус 5-ТСТААТССС-3 [157]. Активность зиготических генов hb абсолютно необходима для нормального развития головы и грудных сегментов и достаточна для этого даже в отсутствие активности материнских генов hb [36, 368]. Напротив, присутствие продукта гена hb в задней половине зародыша подавляет развитие брюшных сегментов, а роль 'мор-фогена'1' nos сводится лишь к предотвращению накапливания этого продукта в соответствующей области. Экспериментальная эктопическая экспрессия кодирующей последовательности гена hb в задней половине тела зародыша приводит к образованию фенотипа, имитирующего отсутствие активности nos.
