Молекулярные механизмы морфогенеза - Банников Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
С другой стороны, при инактивации как материнской активности hb, так и гена nos развитие зародышей протекает абсолютно нормально [287, 607].
Различия в стратегии организации переднего и задних концов тела зародыша ярко отражаются в результатах следующих экспериментов. Инъекция фактора nos в середину зародыша, лишенного как активности nos, так и активности bed, индуцирует образование брюшных сегментов, расходящихся от обоих полюсов эмбриона, а не от места инъекции активности nos [454]. В то же время аналогичная инъекция фактора bed индуцирует передние сегменты, расходящиеся от места инъекции [454].
Остаются нерешенными, по крайней мере, два существенных Bonpocaj касающихся роли gap-генов в сегментации и механизмов их действия. Во—первых, каков смысл экспрессии ма— терианских генов hb, если и в отсутствие этой экспрессии развитие протекает нормально? И, во-вторых, если градиент nos не нужен для создания позиционной информации в задней половине тела, то каков ее источник?
Возможный ответ на первый вопрос содержится в гипотезе, высказанной G. Scruhl' (1989). Эта гипотеза состоит в следующем. При развитии личинки большинства более примитивных, чем Drosophila, насекомых на ранних этапах эмбриогенеза образуются только голова и грудные сегменты, а брюшные сегменты начинают отпочковываться позднее из специальной зоны пролиферации [5] . Предполагается, что у таких примитивных насекомых продукт материнских генов ЬЬ экспрессирован по всему телу эмбриона. Тогда эволюционно бо-
}
1,ч> продвинутые НачКОМЫО, ВКЛЮЧИ»! ПговОрМа, ДОЛЖНЫ были приобрести ,и*цпмыилй механизм элиминации hb В ишней половине 14и\» - сисгому, обоепнч ивающую создание градиента nos-белка дли того, чтобы приобрести способность одновременной детерминации верх сегментов тела,
включая и брюшные,
Чго касается второго вопроса, то на пего возможны два ответа. Первый - позиционная информация в задней половине тела создается за счет градиента еще не идентифицированных морфогенов. Второй - эта информации возникает толь-ко в результате взаимодействия знготических gap-генов между собой. Теоретически возможно существование систем из диффундирующих компонентов, которые способны к 'самоорганизации' в пространстве, если каждый из компонентов влияет на интенсивность выработки других. Кандидатом на такую систему в нашем случае могут быть gap-гены Kruppel, Knirp, tailess (til) и их белковые продукты (214,
299]. В пользу механизма самоорганизации говорит сужение границ экспрессии gap-генов со временем и образование между этими зонами более четких, чем вначале, границ (299]. Более того, показано, что экспрессия гена kni подавляется активностью гена til и, наоборот, ген Кг непосредственно увеличивает активность гена kni [470]. В то же время ген kni, по-видимому, является негативным Регулятором гена Кг [311], Установлена последовательность, которую специфически узнает продукт гена Кг : \ACGGGTTAA [59], 636].
Взаимодействие между gup-генами происходит не только области задней половины тела эмбриона, но и в передней его части. Гак, известно, что ген hb негативно регулируемся геном Кг [311]. В соответствии с этим, последова-имьность, связывающая продукт гена Кг, обнаружена впереди пну \ промоторов гена hb, В регуляторной зоне гена ''Г'маружнны и сайты связывания продукта самого этого гена;
N( А А А Л A AN 1 Л, что указывает на саморегуляцию гена ЬЬ [в:и>|. |
мновлпнин чпгких границ между зонами ексг.русски -I'oitOB служит (ЦШДЮДИОЙ двух последующих процессов:
.ним».itч|нь» границ будущих нарасогм^нтол и опей>'ф»*камин
4 *.401*0 И» них.
О) У. со CD О)
1.1*3. I еиы парной рег улянии
Границы парасегментов устанавливаются в результате экспрессии генов, которые называют генами 'парной" регуляции' (pair-rule class genes). Известно 8 генов, принадлежащих к этому классу [4561, 6 из которых охарактеризованы на молекулярном уровне [568]. Общей чертой в регуляции активности этих генов является транзиторная экспрессия в виде 7 или 8 четких полос. Тем не менее, экспрессия каждого из г*, нов 310Г0 класса имеет свои особенности. Транскрипты двух из них, генов runt и hairy (h), которые иногда называют п«-|. вичными генами парной регуляции, первоначально распределены равномерно, но в период последней интерфазы перед целлюля-ризацией бластодермы, ранее чем транскрипты других генов этого класса, группируются в 7 комплементарных полос, paf -черчнваюших все тело эмбриона. Именно эти гены играют решающую роль в периодичности локализации транскриптов других генов класса парной регуляции [86 , 200, 284]. Транскрипты обоих генов (runt, hairy) обнаруживаются также в вило пятен в дорзальной части презумптивного головного отделя.
Механизмы, обеспечивающие периодичность локализации транскриптов генов runt и h, пока еще плохо изучены. Эти механизмы, вероятно, включают в себя как взаимодействие с продуктами генов gap класса, так и взаимодействие генов парной экспрессии между собой. Одна из трудностей в объяснении периодичности локализации транскриптов генов runt и h состоит в том, что в пределах одной зоны экспрессии gap-генов содержится несколько полос экспресии генов "парной регуляции"’. Поскольку образование 'зебрьГ из транскриптов генов runt и h происходит до того, как границы между зонами экспрессии gap -генов становятся четкими, то первый этап обсуждаемого механизма, по-видимому, состоит в усилении или подавлении экспрессии гена runt и h в ответ на ту или иную локальную комбинацию продуктов gap-генов. В результате возникает зональный рисунок экспрессии генов runt и h, который затем корректируется и стабилизируется благодаря взаимной репрессии одного гена другим [299]. Указания на то, что дело обстоит, в принципе, именно таким образом, содержатся в результатах следующих экспериментов. Мутации генов hb, Кг и kni приводят к изменению характера экспрессии генов runt и h [3011. Мутационный анализ выявил в регуляторной зоне гена h (протяженностью ол е 10 п.н.), примыкающей к 5-концу его кодирующей последова-
