Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 431
Текст из файла (страница 431)
— Регуляторной ДНК. Эта ДНК включает участки связывания для про дуктов генов полярности яйца и генов сегментации. Регуляторная ДНК в комплексе Нох выступает в роли интерпретатора многочисленных сигналов позиционной информации, сообщаемой ей всеми этими регуляторными белкамн.
В ответ транскрибируется особая группа гомеозисных селекторных генов, сгютветствукицая данному местоположению. Данной схеме управления присуща замечательная регулярность. Последователь ность, в которой гены линейно расположены на хромосоме, и в комплексе Апбеп парес!!а, и в комплексе В!!!тогах почти в точности соответствует порядку, в котором они экспрессируются по оси тела (р>тс. 22.44). Это наводит на мысль о том, что гены последовательно активируются некоторым процессом, который градуирован— в> продолжительности или по интенсивности — относительно оси тела и действие которого распространяется по хромосоме градиентом. Наиболее «задний» из генон, .>кспрессируемых в клетке, обычно доминирует, в силу чего сводит на нет экспрессик> ранее активированных с передних» генов и определяет характер сегмента.
Регулятор. иь>е механизмы, лежащие в основе этих явлений, до сих пор не поняты до конца, но имеют далеко идущие последствия. Мы увидим, что такая последовательная организация экспрессии генов комплекса Нох есть фундаментальная особенность, которая оставалась сильно консервативной в ходе эвол>оции. г.вв>в> — — — — — — *,' Ргововограев — У Овлхтае ..-— Комплекс Апгеппарее>а зох поп\аз пк>оовв Яп>вппарави Рз оа ыт ЯЫотиа> Я Язоопвпа> В Комплекс В>8>агах г вь олг э Япе оь Яа и Рис.??.44. Картины экспрессии в сравнении с местоположениями генов комплекса Нох на хромосоме. На схеме показана последовательность генов на каждой иэ двух частей хромосомного комплекса.
Она соответствует, с незначительными отклонениями, пространственной последовательности участков, в которых эти гены экспрессируются, представленной наев>аграфии зародыша на стадии вьпянутой зародышевой полоски, спустя приблизительно 5 часов после оплодотворения. Зародыш окрашен при помощи гибридизации 1л яти с мечеными зондами разных цветов, для того, чтобы определять мРНК-продукты разных Ногте нов. (Фотоснимок любезно предоставлен М! 1>а го Моей>пп>з, схема переработана на основе О.
Козгпап ет аЦ 5оепсе 305: 846, ?004. С любезного разрешения издательства ЯЯЯ5.) ~~!::, "М.4.:!ЪМЕС>ВВСН!КЕ СЕЛЕКтОРНЫЕ Гвяй и фОРМНРОЕЕННЕ ПЕРЕДНпв-ЗаДНЕ ШепСН.'.' 2053. 2054 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности Известны сотни других содержащих гомеобокс генов — и в геноме мухи, и в геномах животных других видов, — но болыпинство из них разбросано и не сгруппировано в комплексы типа комплекса Нох. Они выполняют множество разнообразных функций по регуляции генов, но существенная их доля играет роли, близкие к ролям генов Нох; они контролируют вариации основного пути развития. Например, нейроны разных классов часто отличаются друг от друга по экспрессии определенных генов из этого большого суперсемейства.
22.4.4. Комплекс Нох несет в себе неизменную запись позиционной информации Пространственную картину экспрессии генов из комплекса Нох устанавливают сигналы, действующие на ранних стадиях развития, но последствия их работы длительны. Хотя по ходу развития картина экспрессии подвергается сложным доработкам, комплекс Нох ведет себя в каждой клетке так, словно на нем лежит отпечаток неизменной записи положения на передне-задней оси, которое эта клетка занимала в зародыше на ранних стадиях развития.
Таким образом, клетки каждого сегмента наделяются долговременной памятью об их местоположении по переднезадней оси тела — другими словами, передне-задним позиционным значением. Как мы увидим в следующем параграфе, след памяти, запечатленный на комплексе Нох, управляет специфичным для сегмента тела характером не только личиночных сегментон, но также и структур взрослой мухи, которые производятся на гораздо Гюлее поздней стадии из личиночных имагинальных дисков и иных имеющихся у личинки гнезд имагинальных клеток-предшественниц. Молекулярный механизм клеточной памяти для сохранения такой позиционной информации полагается на регуляторные входные сигналы двух типов. Один — от самих гомеозисных селекторных генов: многие из белков Нох самоактивируют транскрипцию своих собственных генов.
Другой важнейший сигнал поступает от двух крупных комплементарных групп белков, которые управляют структурой хроматина и названы группами Ро!усотЬ и ТНГЬогах. Если эти регуляторы дефектны, то картина экспрессии гомеозисных селекторных генон сначала выглядит правильно, но когда зародыш становится старше, более не поддерживается в надлежащем виде. Обе группы регуляторов действуют в противоположных направлениях. Белки группы Тг1сЬогах необходимы для поддержания транскрипции генов Нох в тех клетках, где транскрипция уже включена. Напротив, белки группы Ро!усошЬ формируют устойчивые комплексы, которые связываются с хроматином комплекса Нох и поддерживают его подавленное состояние в тех клетках, где гены Нох не активированы в решающий момент времени (рис. 22.45).
Работа механизма памяти, связанной с развитием, включает в себя специфические ковалентные модификации гистонов в нуклеосомах, расположенных в окрестностях генон Нох, влекущие за собой изменения в состоянии хроматина, которые могут сохраняться в неизменном виде от одного поколения клеток до другого, о чем уже написано в главах 4 и 7. 22.4.5. У позвоночных животных передне-задняя ось тоже управляется селекторными генами Нох Гомологи гомеозисных селекторных генов дрозофилы найдены почти что у каждого изученного вида животных, от кишечнополостных (гидроиды) и нематод до моллюсков и млекопитаюгцих. Примечательно, что эти гены часто бывают 22.4. Гомеозисные сепекторные гены и формирование передне-задней оси 2057 ясно просматривается в нервной трубке, однако проглядывает также и в других тканях, особенно в мезодерме.
За малыми исключениями, такая анатомическая упорядоченность соответствует хромосомной упорядоченности генов в каждом комплексе, и соответствующие гены в четырех разных комплексах Нох имеют почти идентичные области экспрессии относительно передне-задней оси тела. Области экспрессии генов определяют детальную систему соответствий между областями тела насекомого и областями тела позвоночного (см. рис.
22А6). Парасе~менты мухи соответствуют подобтным же образом размеченному ряду сегментов в передней части зародыша позвоночного. Наиболее четко они разграничены в залнем мозге (см. рис. 22Аб и 22.47), где их называют ромбомерами. В боковых по отношению к заднему мозгу тканях сегментацию можно обнаружить в виде ряда жаберных дуг, заметных в зародышах всех позвоночных, — предшественников системы жабр у рыб и челюстей со структурами шеи у млекопитающих; каждая пара ромбомер в заднем мозге соответствует одной жаберной дуге. В заднем мозге, как и у дрозофилы, границы областей экспрессии многих из генов Нох стоят в один ряд с границами анатомических сегментов. Продукты генов Нох млекопитающих, кажется, определяют позиционные значения, которые управляют расположением частей заднего мозга, шеи и нервного ствола (а также и некоторых других частей тела) относительно передне-задней оси.
Как и у дрозофилы, когда дистальный ген Нох искусственно экспрессируется в проксимальной области, он может придать проксимальной ткани характер дистальной. И наоборот, потеря листальных генов Нох позволяет дистальной ткани, где они обычно экспрессируются, принять характер проксимальной (рис. 22.48). Из-за избыточности генов четырех групп Нох превращения, наблюдаемые у мутантных по гену Нох мышей, не всегда столь прямолинейны, а зачастую бывают и неполными.
Тем не менее ясно, что муха и мышь используют, по существу, один и тот же механизм для придания индивидуальных характеристик последовательным областям, идущим вдоль их передне-задней оси (по крайней мере, вдоль ее части). Заключение Сложное строение организма взрослого животного обусловлено модулируемым повторением сгпруктур нескольких основных типов. Так, на картину экспрессии генов, повторяющуюся в каждом сегменте, накладывается последовательная картина экспрессии гомеоэисных селекторных генов, которые придают каждому сегменту их неповторимый облик.
Гомеозисные селекторные гены кодируют связывающиеся с ДНК белки из семейства транскрипционных факторов, содержащих гомеодомен. В геноме дрозофилы они обье<)инены в две группы, называемые комплексами Апсеппаредза и Вгг)гогах, которые считают как экспрессируемые в передней области, экспрессируются также и далее, перекрывая области более дистальных генов Ноя (см., например, рис.
2247). Эти комплексы, как предполагают, эволюционировали следующим образом: сначала у некоторого общего предка червей, мух и позвоночных единственный исходный гомеозисны й селекторн ый ген подвергся многократному дупл ицирован ию и сформировал ряд таких генов в тандеме — предковый комплекс Нох.
В сублинии дрозофилы этот единый комплекс разделился на отдельные комплексы Аптеппа реев и В~твогах. Тем временем в линии, ведущей к млекопитающим, целый комплекс неоднократно дупл ицировался и дал четыре комплекса Нох. Параллелизм не абсолютен, потому что, очевидно, стех пор как комплексы разошлись, некоторые гены были дуплицированы, другие потеряны, а третьизадействованы в новых для других целей (гены в круглых скобках в верхней линии). (Рисунок построен на основе схемы, любезно предоставленной Чййагп Мсб! пп!з.) 22.5. Органогеиез и структурирование конечностей и придатков 2059 двумя частями единого исходного комплекса Нох, которыи разделился в ходе эволюции мухи. В обоих комплексах гены расположены в виде последовательности, которая соответствует последовательности областей их экспрессии по оси тела. Экспрессия генов Нох начинается в зародыше. Впоследствии она поддерживается действием связывающихся с ДНК белков из групп Ро!усотЬ и Тпнгогах, которые запечатлевают в хроматине комплекса Нох наследуемую запись о состоянии его активации в зародыше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
