Молекулярные механизмы морфогенеза - Банников Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Тем не менее у шпорцевой лягушки один из генов НОХ-комплекса ХЬох 3 со всей очевидностью участвует в становлении передне-задней полярности эмбрионов [527]. Спецификация позиционной информации вдоль передне-задней оси тела эмбрионов амфибий впервые начинает проявляться в мезодерме, которая, в свою очередь, определяет различия вдоль продольной оси в покрывающей ее эктодерме [587]. В период поздней гаструлы- ранней нейрулы образуется градиент концентрации мРНК ХЬохЗ в мезодерме, причем наименьшее количество мРНК обнаруживается в головном, а наибольшие - в хвостовом отделах [526], За создание градиента экспресии ХЬохЗ, • по-видимому, ответственны градиенты полипептидных факторов роста из семейства ?-трансформирующего фактора роста (ТФР) (XTC-MIF) и щелочного фактора роста фибро-бластов (ФРФ) [527], Введение синтетической мРНК ХЬохЗ в различные участки мезодермы не препятствует процессу га-струляции, но приводит к нарушениям развития вдоль передне-задней оси. В частности, высокие концентрации мРНК ХЬохЗ, введенные в клетки мезодермы переднего конца эмбриона (то есть туда, где эта РНК в норме содержится в наименьших количествах), предотвращают развитие головы [525]. Таким образом, продукт гена ХЬохЗ, по—видимому, необходим для интерпретации позиционной информации вдоль передне—задней оси тела у амфибий, хотя экспрессии этого гена недостаточно для спецификации головных и хвостовых структур.
В противоположность гену ХЬохЗ, некоторые другие гены позвоночных, гомологичные гомеотическим генам семе Ас гва
< м . к, i,|N i4 u|>\miy4 ограниченными Зонами вдоль передне-лллк.'й Ov'и тола 1^78]. Например, один иэ таких генов шпор-... г.,,л. -.чгушкн \lHboxl на стадии почки хвоста обнаружи-v . ;v. в чарах клеток в узкой зоне, захватывающей произ-*»о iuNi' различны.', зародышевых листков: нервный гребень, n< t . участок спинного мозга, лежащие на том же уров-
cow. гы и участок промежуточной и латеральной мезодер-ми. Примечательно, что передне-задние границы экспрессии XIHboxl в этих различных структурах точно совпадают (463). Найти объяснение такому точному совпадению перед-не—задних гран»щ экспрессии гена на столь прздней стадии развития нелегко. Это совпадение не может быть обусловле— по градиентами каких-либо морфогенов хотя бы потому, что б этом случае молекулы морфогена должны были бы образовывать идентичные градиенты концентрации в совершенно разнородных средах: эктодерме и мезодерме. Отброшена на основании опытов и другая теоретическая возможность: независимое образование зоны экспрессии XIHboxl в эктодер-и мезодерме до гаструляции и последующее их точное совмещение по окончании гаструляции [143 ], Остается предположить, что клетки мезодермы, экспрессирующие ген XIHboxl, каким-то образом индуцирует экспрессию этого гена б прилежащих к ним сверху клетках эктодермы [143]. Если учесть, что продукт гена XIHboxl - ядерный фактор транскрипции, то становится ясно, что механизм предполагаемой индукции должен быть достаточно сложным.
Сходный феномен обнаружен и при развитии ранних заро-дышей мышей. Методом гибридизации in situ было показано, 47 0 а 7,5-суточных мышиных эмбрионах экспрессия го-меотических генов имеет совпадающие границы в мезодерме и нейроэктодерме [216]. На более поздних стадиях развития в середине беременности задне-передние границы экспрессии одних и тех же генов в различных тканях становятся несовпадающими [639], по-видимому, в результате прекращения мезодермальной индукции и смещения первоначально прилегающих друг к другу зон в ходе роста и развития. Тот же результат дают и исследования с помощью антител. Так, антитела к продукту гена XIHboxl выявляют совладели:- задне-пяредних границ зон экспрессии в мезо- и эктодерме мышей на 9-е сутки развития, тогда как к 13-м с./гг.границы совершенно не совпадают, вероятно, вследствие механического смешения экспрессирующей зоны в центральной нервной системе быстро растущим головным мозгом 1143).
Трудности в изучении механизмов спецификации вдоль зад— не—передней оси тела у позвоночных во многом определяются отсутствием достаточного числа соответствующих мутаций. Создание трансгенных животных и животных, химерных по генам, гомологичным ivнам сегментации у насекомых, возможно, позволит преодолеть эти трудности. Количество таких работ нарастает. Так, было показано, что относительно короткий фрагмент промотора гена Нот- 1*3 достаточен для того, чтобы присоединенный к нему ген /3-галактозидазы экспрессировал-ся у крышей только в свойственном Нох-1*3сегменте спинного мозга [678].
Эктопическая экспрессия гена Ног-1.1 под контролем промотора /3-актина и трансгенных мышей приводит к множественным черепио— лицевым аномалиям, обусловленным нарушениями дифференцировки производных нервного гребня [21]. Начато изучение химерных мышей, содержащих эмбриональные стволовые клетки, несущие мутантную аллель гена Нох-1.1. (681] .
Помимо спецификации всего тела вдоль продольной оси, НОХ-комплексы позвоночных ответственны за 'сегментацию" некоторых отдельных тканей и органов. Наиболее отчетливо пространственно упорядоченная экспрессия генов НОХ-2 кластера мыши обнаружена при развитии нервной системы позвоночных [237].