Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 432
Текст из файла (страница 432)
Комплексы Нох, гомологичные таковым у дрозофилы, найдены у животных практггчески всех изученных типов, от кишечнополостных до человека, и они, по-видимому, играют эволюционно консервативную роль в дифференцировке сегментов вдоль передне-задней оси тела. Млекопитающие. имеют четыре комплекса Нох, и каждый из них демонстрирует подобное соответствие между последовательным расположением генов на хромосоме и их последовательной картиной экспрессии вдоль оси тела.
22.5. Органогенез и структурирование конечностей и придатков2 Итак, мы узнали, что все сегменты личинки насекомого представляют собой разновидности одной и той же базовой структуры, при этом гены сегментации определяют основной повторный модуль, а гомеозисные селекторные гены придают каждому сегменту его индивидуальный характер. То же самое относится и к основным придаткам тела взрослого насекомого — лапкам, крыльям, антеннам, частям ротового аппарата и наружным половым органам: они тоже являются разновидностями общей основной структуры.
На более тонком уровне детализации мы встречаем все то же изумительное упрощение: придатки — и многие другие части тела — состоят из субструктурных элементов, которые сами являются разновидностями небольшого числа основных эволюционно консервативных узлов. В этом параграфе мы проследуем за ходом развития дрозофилы от начала и до конца, фокусируя наше внимание на каждой его стадии, чтобы исследовать один лишь пример многих родственных структур, которые развиваются параллельно.
По мере нашего продвижения мы укажем на параллели со структурами позвоночных, которые развиваются подобным же образом, используя не только те же общие стратегии, но и многие из тех же специфических молекулярных механизмов. Но чтобы не прерывать наш рассказ позже, нам нужно сначала вкратце обрисовать некоторые ключевые экспериментальные методы, позволяющие нам совладать с особой проблемой, которая возникает каждый раз, когда мы стараемся выяснить, как гены управляют развитием на более поздних его стадиях. 22.5.1. Условные и индуцированные соматические мутации позволяют анализировать функции генов на поздних стадиях развития организма Как мы подчеркивали ранее, один и тот же ген может неоднократно использоваться во многих различных ситуациях — в разных областях тела и в разное г В оригинале используется термин «аррепбайе», который переводится как «придаток» и относится ко всем подвижным выростам тела насекомого.
В русскоязычной литературе по традиционной зоологии беспозвоночных у насекомых различают конечности, т. е, подвижные трубчатые выросты тела, поделенные на членики, и собственно придатки (ложные ноги, трахейные жабры и особенно крылья). Далее в атой главе мы следуем оригиналу и используем термин «придаток», подразумевая под этим как придатки, так и конечности — Прим. ред.
2060 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности время. Часто мутации с потерей функции настолько сильно нарушают развитие на ранних его стадиях, что зародыш или личинка умирает, лишая нас возможности видеть, как эта мутация затронула бы более поздние процессы.
Один из обходных путей этой проблемы состоит в изучении кондиционных мутаций. Если мы имеем, к примеру, температурочувствительную мутацию в интересуюшем нас гене, то мы можем поддерживать животное в течение всего раннего периода развития при низкой температуре, когда продукт этого гена работает нормально, а затем, чтобы выявить поздние функции этого продукта, выводить его из строя каждый раз, когда нам заблагорассудится, поднимая температуру.
В число других методов входит фактическое видоизменение ДИК в подгруппах клеток на поздних стадиях развития — своего рода генетическая операция на отдельных клетках, которая позволяет в выбранное время в ходе развития производить группы мутантных клеток с заданным генотипом. Эту искусную операцию можно претворить в жизнь путем индуцированной соматической рекомбинации, получаюшийся организм называют генетическим мозаиком. Используя генетических мозаиков, мы можем не только обойти проблему летальности, когда функция гена нарушается в организме в целом; мы можем также исследовать роль гена в межклеточных взаимодействиях, сопоставляя мутантные и немутантные клетки.
Мы можем проверить, например, используют ли клетки продукт гена, чтобы посылать сигнал соседям, или чтобы получать от них сигнал, или ни то, ни другое. А вызывая генетическое изменение в разные моменты времени, мы можем точно узнать, когда именно ген включается, чтобы произвести определенный эффект.
Применяемый сегодня метод осуществления индуцированной соматической рекомбинации основан на использовании трансгенных мух, которых скрешивают так, чтобы они содержали полученные из дрожжей генетические элементы двух типов: ген сайтспецифической рекомбиназы ГЕР и последовательность-мишень рекомбиназы ГЕР (ГКТ). Как правило, животное гомозиготно по вставке последовательности ГКТ вблизи центромеры на выбранном плече хромосомы, тогда как конструкция, состояшая из гена Лр под промотором теплового шока, вставляется в каком-либо другом месте генома.
Если такой трансгенный зародыш или личинку подвергнуть тепловому шоку (то есть выдержать при высокой температуре в течение нескольких минут), то индуцируется экспрессия гена Яр и этот фермент катализирует соматический кроссинговер и рекомбинацию между материнскими и отцовыми хромосомами на участке ГКТ. Если тепловой шок был достаточно умеренным, то это событие произойдет только в одной или нескольких клетках, расположенных в случайном порядке. Как объясняется на рис. 22.49, если животное было гетерозиготно по интересуюшему нас гену в области, затрагиваемой кроссинговером, то данный процесс может закончиться парой дочерних клеток, которые будут гомозиготными: одна получает две копии материнского аллеля этого гена, другая — две отцовские копии его аллеля.
Каждая из таких дочерних клеток будет расти и делиться как обычно и даст клональные линии гомозиготного потомства. Соматический кроссинговер можно выявить, если животное выбрано так, чтобы быть гетерозиготным также и по генетическому маркеру, который лежит на том же плече хромосомы, что и интересуюший нас ген, и поэтому подвергается соматической рекомбинации вместе с ним. Таким образом, с помошью этой методики можно получать наглядно маркированные гомозиготные мутантные клоны клеток. Как и пара ГЕР и ГКТ, аналогичная пара рекомбинационных элементов Сге и Еох может быть использована также и в других конфигурациях для включения или выключения экс- 'М2.$) Оф'Внтимййэ ЙФщ)э,;фдмфтэВэмиФ щз((э))йс)стйЙ'щ 'прй)ййткб(э:::: 2()б1 клетка мухи, гвтерозиготная по мутантному гену Х и юмозиютная по гену РП (мишень рекомбиназы Р(.Р) материнская хромосома .гЭВЭ вЂ” - — — к--.
отцовская — т — с.:~::э..:. з Г хромосома РЕПЛИКАЦИЯ ~ мутантный ген Х ген Р)р Юйй~: иРНК сээв:гг:. т ) РЕКОМБИНАЗА Е).Р КАТАЛИЗИРУЕТ МИТОТИЧЕСКИЙ КРОССИНГОВЕР 1 И РЕКОМБИНАЦИЮ ~ гвзв::":: тс —:: э сэзгк: 1 клетка, гомозиготная тД клетка. гомозиготная по мутантному гену Х ~"К по нормальному гену Х !, ! '.; Разрэвуйнйв ФгШЭВ вяетгжДЭЭтучавтзи пйебзипзгиык Фштов Э за%,, Рис. 22х)9.
Создание мутантных клеток посредством индуцированной соматической рекомбинации. На схемах прослеживается путь дифференцировки одной пары гомологичных хромосом: одна от отца (залтенено), другая от матери (не эогпенена), Поблизости от центромер этих хромосом вставлен элемент ргг (эеленый), а дальше на том же плече хромосомы — покус интересующего нас гена Х. Отцовская хромосома (в этом примере) несет аллель дикого типа гена Х (лусглой кросныб прямоугольник), тогда как материнская хромосома несет реце ссивный мутантный алл ель (заполненный красный прямо угольник). Рекомбинация путем обмена ДНК между материнской и отцовской хромосомами, каталиэируемая рекомбиназой РСР, может породить пару дочерних клеток, одна из которых будет содержать две копии дикого типа гена Х, другая — две мутантные копии. Для облегчения опознавания клеток, в которых рекомбинация произошла, могут быль выбраны материнская и отцовская хромосомы, несущие различные генетические маркеры (здесь не показаны), способные производить видимый продукт, и раэмеще нные на хромосоме таким образом, чтобы рекомбинация, затрагивающая локус маркера, приводила к видимому изменению внешнего вида клеток и служила сигналом о том, что ген Х также подвергся рекомбинации.
2062 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности прессии какого-нибудь гена(см. рис. 5.79). Благодаря этим методам можно, например, обнаружить, что происходит, когда клетки производят заданную сигнальную молекулу в непривычном участке или когда они лишаются определенного рецептора. Вместо того чтобы использовать промотор теплового шока для осуществления экспрессии рекомбиназы Е! Р, можно употребить копию регуляторной последовательности каждого гена из нормального мушиного генома, который экспрессируется в некоторое интересующее нас время и в нужном нам месте.
В таком случае событие рекомбинации будет запущено, а мутантные клетки созданы только на тех участках, где этот ген экспрессируется в норме. Вариант этого метода предлагает применять не механизм генетической рекомбинации, а заимствованный у дрожжей механизм транскрипционного управления, чтобы обратимо переключать экспрессию выбранного гена мухи согласно нормальной картине экспрессии некоторого другого выбранного мушиного гена (рис.
22.50). Выключая или включая функции гена в определенные моменты времени и в нужных местах такими способами, ученые в области биологи развития могут приступить к расшифровке системы генетически задаваемых сигналов и ответов на них, которая управляет развитием всех органов тела. 22.5.2. Части тела взрослой мухи развиваются из имагинальных дисков Внешние структуры взрослой мухи формируются главным образом из зачатков, называемых имагинальными дисками ((шафпа! Йэсв), — групп клеток, которые остаются явно недифференцированными, в каждом сегменте личинки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
