Регуляция транскрипции белками trxG: введение
Многочисленные "решения" о ходе развития [developmental decisions] - включая детерминацию судьбы клеток - принимаются в ответ на временную позиционную информацию в раннем эмбрионе. Эти решения зависят от изменений в экспрессии генов. Что дает возможность клеткам с идентичными генетическими "синьками" приобретать уникальные идентичности и следовать разными путями дифференцировки. Эти изменения в экспрессии генов, лежащие в основе детерминации клеточных судеб, являются наследуемыми; судьба клетки редко изменяется, коль скоро она была детерминирована, даже после многочисленных клеточных делений и длительных периодов времени развития. Понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе детерминированного состояния, с давних пор было целью биологов развития и молекулярных биологов.
Многие из регуляторных белков, участвующих в поддержании наследуемых состояний экспрессии генов были идентифицированы в исследованиях гомеотических ( НОХ ) генов у Drosophila. Гены НОХ кодируют гомеодоменные транскрипционные факторы, которые регулируют транскрипцию батарей генов-мишеней, расположенных "вниз по течению" и, в свою очередь, специфицирующих идентичности сегментов тела ( Gellon and McGinnis, 1998 ). У Drosophila гены НОХ обнаруживаются в двух комплексах генов: комплексе Antennapedia ( Ant-C ), который содержит НОХ- гены labial ( lab ), Deformed ( Dfd ), Sex combs reduced ( Scr ) и Antennapedia ( Antp ); и комплекс bithorax ( BX-C ), содержащий НОХ-гены Ultrabithorax ( Ubx ), abdominalA ( abdA ) и abdominalB ( abdB ) ( Duncan, 1987 ; Kaufman et al., 1990 ). Каждый ген НОХ специфицирует идентичность конкретного сегмента или группы сегментов вдоль передне- задней оси развивающейся мухи. Например, Antp специфицирует идентичность второго торакального сегмента, включая вторую пару ног, тогда как Ubx специфицирует идентичность третьего торакального сегмента, включая жужжальца, расположенные позади крыльев. Таким образом, транскрипционные факторы, кодируемые генами НОХ, функционируют как главные регуляторные переключатели, определяющие выбор между альтернативными путями развития.
Транскрипция генов НОХ должна регулироваться очень точно, потому что в результате их несоответствующей экспрессии могут возникать резкие изменения в клеточных судьбах ( Simon, 1995 ; Simon and Tamkun, 2002 ). Например, дерепрессия Antp в головных сегментах превращает антенны в ноги, а инактивация Ubx в торакальных сегментах превращает жужжальца в крылья. У Drosophila начальные паттерны транскрипции НОХ устанавливаются на ранних стадиях эмбриогенеза транскрипционными факторами, кодируемыми генами сегментации. Белки, кодируемые генами сегментации, - включая гены группы gap , группы pair-rule и группы segment-polarity - подразделяют ранний зародыш на 14 идентичных сегментов. Эти белки устанавливают также начальные паттерны транскрипции НОХ, что является первым шагом на пути к развитию сегментов с разными идентичностями и мофологией. Будучи установлены, эти ограниченные сегментами паттерны транскрипции НОХ должны поддерживаться на протяжении последующих эмбриональной, личиночной стадий и стадии куколки для того, чтобы поддерживать идентичность индивидуальных сегментов тела. Поскольку большинство генов сегментации временно экспрессируются в раннем развитии, эта функция выполняется двумя другими группами регуляторных белков: репрессорами группы Polycomb ( PcG ) и транскрипционными регуляторами группы trithorax ( trxG ) ( рис. 12.1 ). Регуляция транскрипции НОХ состоит, следовательно, из по крайней мере двух различных фаз: установления (генами сегментации) и поддержания (генами PcG HtrxG) ( рис. 12.2 ).
