Молекулярные механизмы морфогенеза - Банников Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
На определенной стадии развития передний мозг позвоночных состоит из семи или восьми пузырей, называемых ромбо-мерами, разделенных неглубокими перетяжками. Эти пузыри и перетяжки являются макроскопическим отражением упорядоченной сегментарной организации неПронов и глия в нервной трубке, соответствующей пространственному расположению закладок корешков моторных нейронов черепа и черепных сенсорных ганглиев [395], которые, в,свою очередь, соответствуют серии иннервируемых ими жаберных дуг. Методом гибридизации in situ было показано, что гистологические признаки сегментации переднего мозга сочетаются с периодичностью экспрессии гена Кгох, • мРНК которого обнаруживается в ром— бомерах 3 и 5 [653] и протоонкогена int-2, мРНК которого локализуется в ромбомерах 5 и 6 [655]. Самый же значительный результат состоит в том, что гены НОХ-2 комплекса НОХ-2.1,-2.6,-2.7,-2.8 и -2.9 так же экспрессируются отдельными доменами, причем передняя граница их экспрессии совпадает с границами ромбомеров [43о, 654J. i < о.. f_ 101 о, при продвижении на один ген по хромосоме передняя граница
экспрессии передвигается на 2 ромбомера вперед, точно так ж<>, клк передняя граница экспрессии следующих один за другим МОМ-геиов Drosophila разделена обычно двумя сегментами 14351. Таким образом, мы видим, как НОХ-ком-плокс позвоночных и НОМ-комплекс насекомых, при поразительном сходстве в функционировании, находят различное применение: один - для сегментации всего тела, а другой -для "сегментации" части нервной системы. Участием НОХ-комплекса в развитии нервной системы позвоночных не исчерпывается его роль в процессах эмбрионального морфогенеза, Недавно появились работы, доказывающие необходимость функционирования НОХ-5 комплекса генов мыши для фор-' мирования проксимально-дистального плана строения конечностей [152, 382, 462, 464, 553]. Данные, свидетельствующие об участии НОМ-генов в развитии конечностей у насекомых, не известны. Известно, только, что ген Distal-less, ответственный за спецификацию позиционной информации вдоль проксимально-дистальной оси конечностей у Droso Phi-1а, также содержит гомеобокс * [l 15 ],
В развитии повторяющихся вдоль оси тела структур у позвоночных принимает участие ген Рах 1,член семейства генов мыши гомологичных генам prd и gSb дрозофилы, содержащих консервативную последовательность так называемой paired box, кодирующую белковый домен длиной в 128 аминокислотных остатков [144]. Этот домен может принимать конформацию а—спираль-поворот^ а спираль, обнаруживаемую во многих ДНК-связываюших белках [58]. Ген Pax 1 транскрибируется в склеротомах дифференцирующихся сомитов на 9-е сутки развития • эмбрионов мыши, в вентральной мезенхиме латеральнее хорды - на 10-е сутки, в перихордальных конденсатах - на 12-е сутки и, наконец, в межпозвоночных лисках. Pax 1 мРНК обнаруживается также в тимусе и грудине [144]. Известная с конца сороковых годов мутация indulated (un) 1663] оказалась точечной мутацией в области paired box гена рах ^ лриводящей к замене глицина на серии [20].
Смысл этого факта в том, что фенотипическое выражение мутации un состоит в недоразвитии задней части каждого позвонка, увеличении размеров межпозвоночных дисков и аномалиях развития грудины. Таким образом, мышиный гомолог генов парной регуляции Drosophila, ответственный за "м/фкировку" границ парасегментов у этого насекомого, несомненно участвует в становлении метамерных структур у позвоночных.
• 26
1*1.6. Гены сегментации и нейрогонеэ
При исследовании экспрессии генов сегментации в эмбриогенезе Drosophila для многих из них, помимо экспрессии на стадии бластодермы, был выявлен второй, более поздний пик экспрессии в некоторых тканях, в первую очередь- в дифференцирующихся нейронах. Это касается генов ft? eve и Кг 1148, 149, 150], а также генов еп, wg и ubx (69,
146, 299] . Все эти гены упорядоченно экспрессируются в определенных, хотя и перекрывающихся группах нейробластоь или нейронов. Конкретные функции этой второй волны экспрессии генов сегментации пока неясны. Хотя имеющиеся на сегодняшний день данные указывают на возможное участие этих генов в детерминации судьбы нейронов [148, 149]. Так, было показано, что специфическое подавление экспрессии гена ftz в идентифицируемых нейронах приводит к изменению характера роста их аксонов [149].
Весьма вероятно, что первичной функцией гена еп в эволюции являлась именно спецификация судьбы определенных нейронов, а функция организации повторяющихся структур: сегментация тела или нервной системы - более позднее эволюционное приобретение [477]. Авторы использовали моноклональное антитело, распознающее консервативный участок гомеодомена еп -белка у животных, принадлежащих к различным эволюционным ветвям: насекомых-дрозофилы и кузнечика, ракообразных- речного рака и омара, аниелид двух разных групп - пиявки и малошетиковых и, наконец, у представителей трех различных классов: хордовых - костистых рыб, амфибий и птиц. С помощью этого антитела был проведен анализ распределения продукта гена еп в эмбриональном развитии перечисленных выше животных. У всех изученных членистоногих, включая насекомых и ракообразных, наблюдали практически идентичный характер экспрессии: еп -белок был обнаружен в заднем отделе каждого метамера во время сегментации и в сегментарно повторяющихся группах клеток во время нейрогенеза. Ни у одного из других изученных организмов не было обнаружено экспрессии гена еп в момен i мета— меризации тела их эмбрионов. В то же время у всех животных ген еп так или иначе экспрессировался при нейрогенезе. В ранних зародышах пиявки (Helobdella triserialis) ген еп, в некотором интервале времени, экспресируется в потомства одного из телобластов, а затем его экспрессия возобновляется в немногих ганглиях в пределах нескольких передних сиг-
