Молекулярные механизмы морфогенеза - Банников Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Каковы бы не были молекулярные механизмы работы I ЮМ~ комплексов, с биологической точки зрения эти генные комплексы представляют собой аппарат, обеспечивающий 'запоминание ' положения эмбриональной клетки в какой-либо системе координат и трансформацию этой, 'позиционной" информации в определенный морфологический рисунок, упорядоченный вдоль некой оси. Такой осью может быть не только продольная ось тела. Наиболее яркие примеры функционирования НОМ-комп-лексов, не связанного с сегментацией тела, можно найти у позвоночных.
Обнаружение у позвоночных генных комплексов, гомологичных НОМ-комплексам у насекомых, было облегчено высокой консервативностью последовательности гомеобокса, что позволило с помощью нуклеотидных зондов 'выловить' гомологичные гены у разных животных. Здесь уместно заметить, что наличие гомеобокса в составе гена не может рассматриваться как признак того, что этот ген играет какую-либо определенную роль в процессах эмбрионального развития. Дело в том, что с обнаружением все новых и новых мотивов этого рдда, в разной степени гомологичных друг другу, понятие гомеобокса стало очень расплывчатым. Существует плавный переход между гомеобоксами гомеотических генов (таких, как Anep,UbxO и гомеобоксами в генах таких регуляторных белков, как бактериальные репрессоры [466] и продукты генов типа спаривания у дрожжей [659]. Крайние члены этого ряда объединяет только сохранение положения нескольких критических кодонов, необходимых для сохранения конформации 'спи-раль-поворот-спираль' гомеодомена в соответствующем белке. У дрозофилы немало генов, несущих гомеобоксы, сильно ди-вергировавшие от гомеобокса гомеотических генов, не принимают участие в процессе сегментации, а у позвоночных в это семейство попадают многие регуляторные гены, в том числе и те, которые кодируют тканеспецифические факторы транскрипции [49, 303] . Тем не менее, используя специфические зонды на гомеобокс гена Antp дрозофилы, удалось обнаружить истинно гомологичные гены у позвоночных [160, 217, 237].
Гены позвоночных, выявленные с помощью зондов на гомеобокс типа Antp, чрезвычайно близки к генам насекомых и гомологичны не только в области гомеобокса, но и в дру г .гх
консервативных областях. Гомологичность же по гомеодомену в соответствующих белках чрезвычайно высока. В некоторых случаях в белке позвоночных идентичными, оказались 59 из 60 аминокислотных остатков гомеодомена Л пер. В белках позвоночных родственных белкам, кодируемым гомеотнчески— ми генами Scr и Dfd, гомология составляет более 40% [237, 511].
Последовательность нуклеотидов в гомеобоксах гомеоти-чосК1сх генов lab, caudal (cad) и Abd В существенно отличается от последовательностей гомеобоксов семейства Antp. Однако и для этих генов были обнаружены специфические гомологи у позвоночных. В случае генов lab [23 ] и cacj [162] гомологии в пределах гомеобокса и других частей гена достаточно велики для безоговорочного- признания их гомологичности соответствующих генам позвоночных. Несколько более слабые гомологии обнаружены в случае гена Abd-8 [160, 237].
Крайне важно, что как и у насекомых, гены позвоночных, обладающие гомеобоксами типа Antp, вместе с генами гомологичными lab, cad, Abd-B собраны в геноме в кластеры. В геноме мыши существует, по крайней мере, 4 таких кластера, называемых НОХ-комплексами. НОХ-1 [159] и НОХ-2 [236] являются полными дупликациями предкового кластера и содержат полный набор соответствующих генов. Комплексы НОХ-3 [65] и НОХ-5 [160], по-видимому, неполны.
Мышиные гомологи генов lab, Dfd, Ancp,Abd—В расположены в НОХ-кластере в том же порядке, что и родственные нм гены насекомых, а границы их экспрессии столь же упорядоченны вдоль оси тела [160, 216, 237]. Для других позвоночных данных по экспрессии генов НОХ-комплексов пока нет, однако существование самих комплексов доказано для рыб, шпорцевой лягушки, кур и человека. У каждого из этих видов возможно идентифицировать индивидуальные гены, гомологичные генам насекомых. Там, где это исследовалось, обнаружена и коллинеарность расположения этих генов в геноме мух и позвоночных, включая человека [56].
Очевидно, что единственным правдоподобным объяснением столь высокого соответствия между НОМ-комплексами насекомых и НОХ-кластерами позвоночных является их истинная гомологичность, происхождение от генного комплекса предка, общего для насекомых и позвоночных [3]. Конвергентный механизм образования комплекса высокогомологичных гонов, расположенных в одном и том же порядке и подчиняю-
щихся тем же закономерностям экспрессии в пространстве, представляется крайне маловероятным. Таким образом, наиболее продвинутые в эволюции представители двух главных п«>т-вей животного царства первичноротых и вторичноротых; насекомые и позвоночные обладают, по существу, одной и той же системой молекулярных механизмов распознования пространственных осей. Как мы видели у насекомых, главная роль НОМ-комплексов состоит в организации плана строения всего тела и теснейшим образом связана с метамеризацией. Позвоночные, по-видимому, также используют НОХ-комплексы для организации передне—задней оси, хотя метаморизация у них выражена относительно слабо и не играет такой большой роли в организации тела. Данные, касающиеся участия НОХ-генов в задне-передней спецификации тела позвоночных, относительно скудны и не создают законченной картины механизмов этого процесса*
