Молекулярные механизмы морфогенеза - Банников Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
ментов тола. У другого представителя круглых червей - 0/Ж-гч>хеты Eisenia foetida белок еп обнаружен в ядрах клеток развивающейся центральной нервной системы и образует периодический сегментарный рисунок»
У всех трех исследованных хордовых обнаружен сходный характер экспрессии гена еп : белок обнаруживается в определенном районе развивающейся нервной трубки (задний отдел среднего мозга и передний отдел заднего мозга), но не в образующихся метамерах. Этот тип экспрессии напоминает экспрессию гена еп У пиявки и отличается от региональной периодической экспрессии генов сегментации в развивающейся нервной системе Drosophila [149]. Правда, у рыбы-зебры белок еп, помимо зональной экспрессии в нервной трубке, может быть обнаружен в ядрах 3-4 клеток в каждом сомите. Поскольку en-белок появляется в сомитах уже после того, как эти структуры сформированы, он, по-видимому, участвует не в их формировании, а в определении судьбы мета мерных, субпопуляций мезодермы. Надо заметить, что интерпретация различий в распределении белка еп у разных видов затруднена тем обстоятельством, что у многих животных существует два гена с п. Так, у Drosophila - это собственно ген еп и ген invccted, который в консервативных участках гомологичен гену еп более чем на 80% [120]. Два гена описаны также у мыши: Еп-1 и Еп-2 [135, 316], рыбы-зебры [194] к человека [390]. Нельзя исключить, что примененное авторами [477] моноклональное антитело у одного вида животных узнает продукты обоих генов еп , тогда как у другого вида - только один. Этим, например, можно объяснить "дополнительную 0 иммунореактивность сомитов у рыбы—зебры, в отличие от шпорцевой лягушки и кур.
Тем не менее, кажется достаточно убедительным, что характер экспрессии гена еп существенно отличается у животных, принадлежащих к различным направлениям эволюции. При этом наиболее простое объяснение этих различий заключается в предположении, что первоначально ген еп "использовался для спецификации судьбы определенных элементов нервной системы. Эта первоначальная функция сохраняется у пиявки и хордовых. В ходе эволюции некоторые животные приспособили этот ген для организации повторяющихся вдоль оси тела групп нейронов (олигохета и членистоногие) или детерминации метамерии всего тела (членистоногие).
1»2. Установление дорзо-вентральной оси SL дорзо-вентральная компартментализання
Для полного ‘'картирования* будущего строения тола, помимо передне-задней оси и сегментации, естественно, требуется установление дорзо-вентральной оси и создание определенных границ вдоль нее. Подразделение тела на компартмен-ты ВДОЛЬ дорзо-вотральнрй оси у Drosophila протекает практически одновременно с сегментацией. Механизм этого процесса так же состоит из каскада генных взаимодействий, и так же как и процесс сегментации, начинается с трансформации информации материнских генов в дифференциальную экспрессию генов зиготы.
1.2.1. Материнские гены
Известно 11 генов дрозофилы: gastrulation-defective, dorsal (dl), wind-beutel, nudcl, tube, pipe, snake, eastcr, Toll, • spatz-la, < pelle [10, 11, 455], мутации которых у матерей приводят к появлению эмбрионов, лишенных всех латеральных и вентральных производных, прежде всего мезодермы, а также вентральной кутикулы [7], и один ген cactus (сасс), мутации которого вызывают развитие только вентральных структур [562]. Четыре из 12 упомянутых генов дрозофилы клонированы, и установлено, что они имеют гомологи у позвоночных [379]. В противоположность тому, что известно о морфоге-не передней половины тела - гене bed, в настоящее время не имеется данных, которые говорили бы о градиентном распределении транскриптов материнских генов дорзо-вентральной полярности, или о том, что различная концентрация продуктов этих генов определяет позиционную информацию. Таким образом, образование дорзо-вентральной полярности происходит по механизму, отличающемуся от механизма становления переднезадней оси [379] .
Судя по тому, что мутации, инактивирующие функцию каждого из 11 материнских генов, приводят к одному и тому же фенотипу — дорзализации эмбрионов — все эти гены вовлечены в каскад реакций, приводящий к асимметричному распределению материнских детерминант дорзо-вентральной полярности. Эксперименты по трансплантации цитоплазмы или мРНК зародышей дикого типа в мутантные. эмбрионы и секвенирова-ние клонированных генов показывают, что функции ^тих генов сильно различаются. Так, нормальное развитие зародышей, му-
29
тантных по гону snake может быть восстановлено транс— пллнтаиисй цитоплазмы из любого района тела эмбрионов дикого типа, причем эффект не зависит и от места введения цитоплазмы [7]. Иэ этого следует, что активность гена snake не достаточна для генерации асимметрии. Обнаружена высокая гомология последовательностей белкового продукта гена snake и сериновых протеаз млекопитающих, что указывает на то, что его роль состоит в протеолизе какого-либо другого компонента морфогенетического каскада [14J], Генетический анализ и трансплантационные эксперименты [8, 9] позволили предположить, что кандидатом на роль гена, кодирующего белок, который в.результате цепи взаимодействий других материнских генов обеспечивает дорзо-вент-ральную асимметрию, является ген dl. Это предположение основывалось на следующих фактах. Во-первых, при мутациях по гену dl наблюдали наибольшую зависимость степени выраженности фенотипа от дозы гена. Во-вторых, в трансплантационных экспериментах, в которых цитоплазму иэ различных районов тела зародышей дикого типа вводили в мутантные эмбрионы на стадии синцитиальной бластодермы, только в слу-чо- мутантов dl обнаружили, хотя и слабое. но значимое
