Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 429
Текст из файла (страница 429)
Иногда относящиеся к развитию функции, обнаруживаемые благодаря мутантным фенотипам, вполне соответствуют ожиданиям; иногда это настоящий сюрприз. Масштабный генетический скрининг сосредоточенный на ранних стадиях развития дрозофилы, показал, что ключевые гены попадают в относительно небольшой набор функциональных классов, выделенных на основе характерных для них мутантных фенотипов. Некоторые из таких определяюще важных генов — гены полярности яйца (едд-ро1аПгу депез) (рис. 22.30) — необходимы для закладки передне-задней и дорсо-вентральной осей зародыша, а также для предопределения двух его концов к специальным целям дифференцировки; при помощи механизмов на основе взаимодействий между ооцитом и окружающими его клетками яичника.
Другие, гены промежутков (дар депез), необходимы в отдельных широких областях по передне-задней оси раннего зародыша для обеспечения их надлежащего развития. Гены третьей категории —. гены правила пар (ра1г-»т»1е депел).— нужны, что более удивительно, для развития чередующихся четных или нечетных сегментов тела. Четвертая категория, гены полярности сегментов (зедтепг ро!аПГу депез), отвечает за организацию передне-задней симметрии каждого отдельно взятого сегмента. Открытие этих четырех систем генов и последующий анализ их функций (он еще не завершен) явилось значительным успехом в области генетики развития.
Оно сообщило всей биологии развития мощный толчок, указав путь к систематическому и всестороннему описанию генетического управления эмбриональным развитием. В следующем разделе мы лишь вкратце подытожим заключения, касающиеся самых ранних стадий развития дрозофилы, в силу их специфичности для насекомых; подробнее мы разберем те стороны данного процесса, которые иллюстрируют наиболее общие его принципы.
22.3.4. Взаимодействие ооцита с окружающей его средой определяет оси зародыша: роль генов полярности яйца Как это ни удивительно, самые ранние шаги развития животных отличаются гораздо больше последующих, даже в пределах одного типа. Лягушка, курица и млекопитающее, например, даже притом что позже они развиваются подобными путями, производят яйца, которые радикально отличаются по размеру и структуре, н начинают свое развитие с разных последовательностей делений клеток и разных событий специализации клеток. Характер раннего развит»»я, который мы описали на примере С. е1едапз, типичен для животных многих классов.
Напротив, раннее развитие дрозофилы представляет собой совсем уж исключительный вариант. Главные оси тела будущего насекомого предопределяются еще до оплодотворения в ходе сложного обмена сигналами между неоплодотворенной яйцеклеткой, или ооцитом, и клетками фолликула, окружающими ее в яичнике (рис.
22.31). Позже, на стадии синцития, следующей за оплодотворением, и до первого разделения яйца на отдельные клетки, происходит ПЕРЕДНЯЯ ВАДНЯЯ КОНЦЕВАЯ кишечник и головной части голое глотка «» брюшко кишечник и хвостово нормальная конец Вг огВ )валов Тогзо Аут (з7, й(-, Т Д уз,-' Рис.
22.30. Области действия передней, задней и концевой систем генов полярности яйца. На верхних схемах представлены направления дифференцировки различных областей яйца [раннестадийного зародыша) и показаны (белым) те его части, которые не могут развиться, если передняя, задняя или концевая система дает сбой. В среднем ряду схематично изображен внешний вид нормальной личинки и облик муга нтных личинок, дефектных по гену передней системы (например, Вгсок)), задней системы (например, Л)алоз) или концевой системы (например, Тоссо).
В нижнем рвду рисунков приведен внешний вид личинок, у которых бездействуют все три системы генов или работает только одна из них. Набор букв под каждой личинкой отмечает, какие именно системы не повреждены (А Р Т вЂ” нормальная личинка, — Р Т вЂ” личинка, у которой передняя система дефектна, но задняя и концевая системы не повреждены, и так далее). Инактивация конкретной системы генов вызывает потерю соответствующего набора структур организма; части тела, которые все-таки формируются, соответствуют системам генов, которые остаются функционально активными. Обратите внимание, что личинки с дефектной передней системой все же способны формировать концевые структуры на своем переднем конце, но последние имеют тип, обычно обнаруживаемый на заднем конце тела, а не на головной стороне.
(Немного переработано на основе О. 51. )обпзтоп апб С. Нозз(е(пуойзагд, Сей 68: 201-219, 1992. С любезного разрешения издательства Е(зеу(ес) ихсОвркупнейти '' Рис. 22.33. Градиент концентрации белка Рогза! в ядрах бластодермы, проявленный при помощи антител.
на дорсальной стороне этот белок присутствует в цитоплазме и отсутствует в ядрах; на вентральной стороне он разрехген в цитоплазме и сконцентрирован в ядрах. (Заимствовано из 5. йога, Сх 5геы апгг С. Момгегп-уобиаггг, Сег! 59: 1189-1202, 1989. С разрешения издательства Е)зеыег,) ЫгкВ, зависит от его перемещения из цитоплазмы, где он пребывает в неактивной форме. в ядро, где он регулирует экспрессию генов. В недавно отложенном яйце как мРНК гена 1)огза1 (кото рт 6 рг гр~. ~иь.ьг ~ру н( й Г б рг г окрашиванием антителами) равномерно распре делены по цитоплазме.
Однако после того как ядра мигрируют к поверхности зародыша, чтобы сформировать бластодерму, про исходит удивительное перераспределение белка 1)огза): на дорсальной стороне этот белок остается в цитоплазме, а на брюшной стороне он концентрируется в ядрах, причем между этими двумя крайними точками устанавливается плавный градиент его кош!ептрации в ядрах (рис. 22.33). Таким перераспределением белка 1)огза! управляет сигнал, передаваемый белком То!! через сигнальный путь, который по сути тот же, что и зависимый от белка То!! путь, действующий в системе врожденного иммунитета.
Попав в ядро. белок 1)огза!, в зависимости от его концентрации. включает или выключает экспрессию разных наборов генов. Экспрессия каждого реагирующего на него гена зависит от его регуляторной ДНК, а именно от числа и сродства участков связывания, которыми эта ДНК располагает для взаимодействия с белком 1)огза) и другими регуляторнымн белками. Таким образом, регуляторная ДНК, можно сказать, ипгперпрегпирдепг позиционный сигнал, обесггечиваемый градиентом белка 1)огза), с тем чтобы огюзначить дорсо вентральный ряд территорий — отличительных полос клеток, которые тянутся по всей длине зародыша (рис. 22.3гг, а).
Наиболее близко к вентральному краю — где концентрация белка 1)огэа! наиболее высока, — он включает, например, экспрессию гена по имени Тп г51, специфичного для мезодермы (рнс. 22.33). Наиболее близко к дорсальному краю, где концентрация белка 0огза! наиболее низка, клетки включают экспрессию гена Т)есарепГар1едгс (с)рр). А в промежуточной области, где концентрация белка Т)огза! достаточно высока для подавления гена Т)рр, но слишком низка для активации гена Тши1, клетки включают другой набор генов, в том числе один под названием 51гог Г дах- Ггп)асадов (5од). 22З.б. Установленный белками Орр и 5од вторичный градиент влорфогена детализирунгт форвлирование дорсальной ~ас~и 3ародыцга Продукты генов, непосредственно регулируемых белком Рогза!, в свою очередь, вырабатывают более локальные сигналы, которые управляют более тонким подразделением дорсо-вентральной оси.
Эти сигналы работают после обособления у зародыша клеток и имеют форму обычньгх внеклеточных сигнальных молекул. 209я --Чайт65'.КЛЕтКИВт(ОИГЕКСтфИХСОВОКуйНОСт(з ГЕН ПОЛЯРНОСП4 .СЕГМЕНТОВ (строев)яхту), ! нд:,ьйз ! зййтьь 'Р Рис. 22.37. Примеры фенотипов мумций, эатрагивающих гены сегментации трех типов. В каждом случае области, затененные зеленым цветом на нормальной )слева) личинке, отсутствуют у мутанта или заменяются зерхальными дублихатами незатронутых мутацией областей. )Переработана на основе С.
НОзз)е)п-Чо1Ьап) н Е уу1езсьаоз, Гуатиге 287: 795 — ВОЕ 1980. С любезного разрешения издательства Маспяйап Рвы)зйегз Етг),) задняя половина каждого сегмента (или, что то же, передняя половина каждого парасегмента) заменена приблизительным зеркальным отображением смежного с ним впереди стоящего полусегмента (см. рис. 22.37). Позже мы увидим, что параллельно с процессом сегментации работает еше одна группа генов (голгеозксные селехпторные гены), которая нужна для сообщения по следовательности сегментов взаимных различий и последующего их сохранения. Фенотипы различных мутантов по генам сегментации позволякгг предположить, что гены сегментации формируют согласованную систему, которая последовательно подра!деляет зародыш на все меньшие и меньшие области по передне задней оси, отличающиеся между собой разными картинами экспрессии генов. Молекулярная генетика помогла показать, как эта система работает. 22З.9.
Локализованная эксг)рессип генов сепиентации Регупируется иерархией гговиционных сигнапов Примерно три четверти генов сегментации, включая все уар-гены и ратг гите гены, кодируют регуляторные белки. Поэтому их действие друг на друга и на другие гены можно наблюдать, сравнивая экспрессию генов в нормальном н мутантном зароды шах. Используя соответствующие зонды для обнаружения транскриптов генов или их белковых продуктов, можно, в сущности, сделать снимки того, как в изменяющихся картинах экспрессии одни или другие гены включаются и выключаются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
