Молекулярные механизмы морфогенеза - Банников Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Детали молекулярных механизмов, регулирующих экспрессию гомеотических генов в онтогенезе, пока известны плохо. Тем не уенее, совершенно очевидно, что, кроме влияния других генов сегментации, в регуляции активности гомеотн-
чеСких генов, играют роль взаимодействия этих генов между собой, причем эти взаимодействия основаны на структурной организации этих генов в хромосомах. Как уже говорилось, мутации различных локусов комплексов ANT-C и ВХ-С отражаются в трансформации различных районов тела. Замечательг-но при этом то, что порядок расположения этих локусов в пределах комплексов ANT-C и ВХ-С соответствует пространственному расположению районов тела, подвергающихся трансформации [381, 426]. Такое поразительное пространственное соответствие обнаружено не только у D.mclanogaster. У жука Trxbouum обнаружен единый гигантский комплекс, объединяющий функции комплексов ANT-C и ВХ-С, генетическая карта которого совпадает с организацией тела по продольной оси на всем его протяжении [32]. Кластеры гомеотических генов, организованные таким образом, называют НОМ-комплексами, а члены этих комплексов НОМ-генами [3].
НОМ-комплексы обладают еще одним интересным свойством. Уровень экспрессии данного НОМ-гена, установившийся в кпетках с определенной локализацией вдоль передне-задней оси тела, поддерживается далее на протяжении всего эмбрионального развития. Именно этот феномен определяет результаты классических экспериментов, в которых было показано, что пересадка имагинальных дисков из одного района тела личинки в другой не приводит к изменению направления днфферен-цировки составляющих их клеток. Клетки пересаженных имаги-кальных дисков развиваются в структуры, соответствующие их первоначальному положению [221] . Инактивация какого-либо
НОМ-гена в группе клеток имагинального диска рентгеновским облучением в позднем периоде развития может привести к тому, что потомки этих клеток приобретут черты, свойственные клеткам иного района тела [431] . Феномен поддержания уровня экспрессии гомеотических генов может, по крайней мере, частично объясняться их аутоактивацией, что было показано для гена Dfd, управляющего спецификацией сегментов
челюстей [353] .
Число гомеотических генов меньше числа сегментов тела. Так, комплекс ВХ-С, управляющий спецификацией, по крайней мере, девяти сегментов, состоит только из трех структурных генов: Ubx, abd A, abdB. Гибридизация in situ показывает, что эти гены действительно экспрессируются один за другим вдоль продольной оси тела в соответствии с их хромосомной локализацией [2]. Однако все эти три гена неравномерно активированы в различных клетках, составляющих дш.нь.,. . .рг.
со г мент: рисунок их экспрессии уникален для каждого napa-согменти. Уникальность таких рисунков определяется тем, какие из энхансерных элементов, входящих в сложный регуляторный комплекс генов ВХ-С, функционируют в пределах данного парасегмента [486].
Многие из гомеозисных мутаций затрагивают именно регуляторные зоны, а не структурные гомеотические гены. При этом имеется соответствие между порядком расположения регуляторных элементов на хромосоме и локализацией фенотипических выражений мутаций этих элементов вдоль продольной оси тела. Таким образом, создается впечатление, что регуляторные элементы, отвечающие за характер экспрессии генов ВХ-С в следующих один за другим парасегментах, включаются в порядке их расположения в геноме.
Помимо влияния активности других генов сегментации и взаимодействия между генами НОМ-комплекса, в становлении сегмент-специфического характера экспрессии гомеотических генов принимают участие и некоторые другие локусы. Одним из таких локусов является локус trithorax ( trx ). Мутации в этом локусе вызывают, в частности, трансформацию 1-го и 3-го грудного сегментов во 2-й грудной сегмент [301а]. Наиболее вероятно, что продукт гена trx необходим для устойчивого поддержания экспрессии генов комплекса ВС-Х. [296, 297 ] . Активность гена trx необходима также для нормального функционирования генов комплекса ANT-C [298, 548].
Клонирование и секвенирование trx кДНК показало, что этот ген кодирует высокомолекулярный белок, состоящий из 3759 аминокислотных остатков, содержащий несколько участков, богатых цистеином, которые могут принимать конформацию, сходную с Zn -связывающим пальцеподобными доменами [420]. Цистеин-богатые фрагменты trx, • экспрессированные в E.coli,. действительно обладали Zn—связывающей активностью, что дало основание авторам этой работы предположить, что продукт гена trx является металл-зависи-
мым ДНК-связывающим белком [420].
Известен так же ген Рс, который является репрессором генов комплекса ВС-Х [317]. Показано, что ген Рс кодирует ядерный белок, связывающийся с несколькими специфическими сайтами на хромосомах Drosophila, • расположенными в том же числе в районах ВС-С и A NT-С [683 ] .
'-«г, УпРавляющие последовательной активацией генов вдоль продольной оси тела, и механизмы стяби-
лизации этой активности в потомстве соматических клеток остаются мало изученными, несмотря на быстрый прогресс п этой области [156, 299, 527).
