Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 430
Текст из файла (страница 430)
Повторяя этот процесс с мутантами, у которых отсутствует тот или иной ген сегментации, можно начать разгадывать логику всей системы генетического управления. Продукты генов полярности яйца обеспечивают зародыш глобальными по зиционными сигналами на ранних стадиях его развития. Опи обусловливают Фз. Дроао4«дяа «моде«упярйай гейвти«а образов«В«)я тийн«1)ык стру«тур:,-2м5 экспрессию заданных дар генов в определенных областях, Далее продукты дар генов обеспечивают позиционные сигналы второго уровня, которые работактт бо лее локально и регулируют более тонкие летали конфигурирования посредством экспрессии следующей группы генов, в том числе генов дар рагс пг)е (рнс. 22.3))).
Гены рагг гиге, в свою очередь, действуют совместно друг с другом и с дар генами и устанавливают регулярную периодическую картину экспрессии генов полярно сти сегментов, а гены полярности сегментов действуют совместно друг с другом гены ахгярноаги яйце . Вгсогд ПЕРЕДНИЙ КОНЕЦ 3Адний к гены заполнения прямы«узкое Кш1згзе1 и Нипсиьас« Ече и Ргг Рис. 22.38. Регуляторная иерархия генов полярности яйца, дар генов, генов сепкентации и гомеозисных селе«торных генов. На фотографиях запечатлены характерные примеры картин экспрессии генов из каждой категории, проявленных при помощи мечения антителами к соответствующим белковым продуктам.
Гомеозисные селе«торные гены, обсуждаемые ниже, определяют длительные различия между сегментами. (Фотографии сверху вниз: 1) заимствована из УУ. Опечег апд С. Идь«1е1п-уо)ьагд, Сег! 54: 83-104, 1988. С любезного разрешения издательства Евеиег; 2) любезно предоставлена )вп га лбе!апд, 51ече Раддо«, 5еап Сагго)! и Ношагд Нивьеь Медка! 1пьбсоте; 3) взята из Р.А. 1ашгепсе, Тье Манят о) а Ну, Ох)огд, ОК: 81ас«ше!1, 1992; 4) заимствована из С. Нагла, 2. Ай апд Т В. КогпЬег8, белет Оек 4; 1079-1093, 1990. С любезного разрешения издательства Со!д 5рпп8 НагЬог гаЬогагогу Ргем; 5) любезноаь ЧЛ! !!ага М«0!оп!ь и переработка на основе О.
Коьгпап ег а1., 5сгепсе 305: 846, 2004. С любезного разрешения издательства АААЦ 2046 Честь 5. Клетки в контексте их совокупности и определяют внутреннюю структуру каждого отдельно взятого сегмента. Таким образом, данная стратегия — одна из разновидностей последовательной индукции (см. рис. 22.1б). По мере развития процесса глобальные градиенты, установленные генами полярности яйца, запускают создание тонкой структуры через иерархию последовательного, все более локального, позиционного управления. Поскольку глобальные позиционные сигналы, начинающие процесс, не должны непосредственно определять мелкие элементы структуры, вовсе не нужно, чтобы отдельные клеточные ядра с чрезвычайной точностью управлялись маленькими различиями в концентрации этих сигналов.
Вместо этого, на каждом шаге этой последовательности в игру входят новые сигналы, которые обусловливают существенные местные различия концентрации и тем самым определяют новые детали строения организма. Таким образом, последовательная индукция — это устойчивая стратегия. Благодаря ее надежной работе на свет появляются зародыши мухи с общим для всех строением организма, несмотря на существенную неточность биологических систем управления и несмотря на переменчивость условий, в которых муха вынуждена развиваться, — таких, скажем, как температура. 22.3.10. Модульная организация регуляторной ДНК позволяет генам выполнять многочисленные и независимо контролируемые функции Только что описанный нами сложнейший процесс формирования структур организма зависит от длинных отрезков последовательности некодирующей ДНК, которые управляют экспрессией каждого из участвующих в этом деле генов. Эти регуляторные области связывают многочисленные копии регулируя~шик гены белков, производимых регуляторными генами, экспрессировавшимися ранее.
Подобно логическому устройству ввода-вывода (данных), каждый отдельный ген таким образом включается и выключается согласно конкретной комбинации белков, связанных с его регуляторными областями на каждой стадии развития. В главе 7 мы описываем один специфический ген сегментации — ген ра(г пс!и Еиеп-йгррег7 (Епв) — и обсуждаем, как на основе всех этих входов возникает решение о том, стоит ли транскрибировать этот ген (см. рис. 7.55).
К данному примеру можно обратиться н в дальнейшем, с целью показать некоторые важные принципы формирования структур организма в ходе развития. Отдельные полосы экспрессии гена Епе зависят от отдельных регуляторных модулей в ре~уляторной ДНК гена Еое. Таким образом, один регуляторный модуль отвечает за экспрессию гена Еов в полосах 1 и 5, другой — в полосе 2, следующий — в полосах 3 и 7 и еще один — в полосах 4 и б (рнс. 22.39). Каждый регуляторный модуль определяет свой особый набор требований для экспрессии соответствующего гена согласно концентрациям продуктов генов полярности яйца и заполняющих генов. Таким вот образом регуляторная ДНК гена Епе осуществляет трансляцию сложной неповторяющейся картины распредс пения белков полярности яйца и заполнения промежутков в периодическую картину экспрессии данного гена правила пар.
Только что описанная здесь модульная организация регуляторной ДНК гена Епе является типичной для регуляции генов в организме многоклеточных животных и растений и имеет далеко идущие последствия. Располагая в ряд друг над другом последовательности модулей, которые отвечают на различные комбинации регуляторных белков, можно произвести почти любую картину экспрессии генов на основе почти любой другой. Более того, модульность позволяет регуляторной 2050 Часть 5.
Клетки в контексте их совокупности и сосредоточенными запасами мРНК в яйце, и сигналами от окружающих его клеток фолликула. Позиционная информация в многоядерном зародыше обеспечивается четырьмя внутриклеточными градиентами, которые устанавливают продукты четырех групп генов материнского эффекта, называемых генами полярности яйца. Они контролируют четыре разграничения, принципиальных для общего строения организма животных: спина против брюха, эндодерма против мезодермьс и эктодермьс зародышевые клетки против соматических клеток и голова против хвоста. Геньч полярности яйца устанавливают градиенты распределения регуляторных белков в яйце и зародыше на ранних стадиях развития. Градиенты по передне-задней оси инициируют упорядоченную экспрессию генов пар, генов ра1г гп1е, генов полярности сегментов и гомеозисных селекторных генов.
Они, через иерархию сложных взаимодействий, начинают экспрессироваться в одних областях зародыша, не претендуя на другие, и последовательно подразделяют бластодерму на регулярный ряд повторя клцихся модульных единиц, называемых сегментами. Сложные картины экспрессии генов отражают модульную организацию регуляторной ДНК, то есть наличие у отдельно взятого гена различных энхансеров, отвечающих за отдельные участки его картины экспрессии. К концу процесса сегментации, вскоре после того как синцитий разделится на отдельные клетки, в игру входят гены полярности сегментов и принимаются за внутреннюю разметку каждого сегмента, при помощи сигнальных путей с участием белков У~пг (й'1пд!езз) и Недде1год.
Это приводит к постоянной локализованной активации таких генов, как Еппга11ед, что позволяет клетке запомнить свой адрес по передне-задней оси в пределах данного сегмента. Тем временем по дорсо-вентральной оси устанавливается еще один градиент межклеточного сигнала, при этом в роли морфогенов выступают член семейства Тбрр Оесарепгар1ед)с (Урр) и его антагонист 51гогг дазтги1апоп (5од). Этот градиент помогает уточнить распределение различных признаков по клеткам на разных уровнях по дорсо-вентральной оси. Гомологичные им белки, как известно, управляют развитием вдоль вентро-дорсальной оси у позвоночных.
22.4. Гомеозисные селекторные гены и формирование передне-задней оси В ходе своего развития тело становится все более и более сложным. Однако во всей этой возрастающей сложности есть упрощающая особенность, благодаря которой картина всего процесса развития вписывается в рамки нашего понимания. Снова и снова у каждого вида и на каждом уровне организации мы находим, что сложные структуры создаются путем повторения нескольких основных тем с некоторыми вариациями.
Так, в разных участках тела, практически в неизменном виде, лишь с тонкими индивидуальными разновидностями, встречается ограниченное число основных типов дифференцированных клеток, таких как мышечные клетки или фибробласты. Клетки этих типов организованы в ткани ограниченного числа типов, таких как мышцы или сухожилия, которые опять же встречаются в разных областях тела и имеют лишь тонкие отличия друг от друга. Из различных тканей строятся разные органы, скажем, зубы или пальцы — коренные и резцы, пальцы рук, большой палец и пальцы ног, — по сути, структуры нескольких основных видов, повторяющиеся с некоторыми изменениями. 22.4З.
! Омеозисиые селекториые гены акспрессирук>тсЯ ПОслеДОВательнО СОглеснО ЛОРЯДку нх слеДОВенин В НОмплексе НОК Чтобы понять, как комплекс 1!ох наделяет кчетки поз>гционными значениями, нам нужно также посмотреть, как регулируется экспрессия самих генов Нох. Кодирующие последовательности восьми гомеозисных селекторных генов в комплексах Ап!еппа !кч!!а и В!!!тогах распределены среди намного большего количества — всего около 650 000 и.н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
