Регулирующие гомеостаз гены и сегментация
Удивительным примером подобного сходства в функционировании генов у настолько разных животных являются результаты исследований заднего мозга позвоночных . В отличие от всего остального мозга позвоночных, задний мозг эмбриона ( rhombencephalon ) имеет четкое сегментарное строение. Каждый сегмент его демонстрирует общий паттерн нервной дифференцировки, однако от сегмента к сегменту дифференцировка имеет свои особенности ( рис. 23.6 ). Идентифицировано несколько генов, паттерны экспрессии которых на ранних стадиях развития коррелируют с границами сегментов заднего мозга ( рис. 23.7 ). Эти гены делятся на две категории:
(1) Гены первой категории играют роль в создании общей структуры, состоящей из повторяющихся сегментных единиц. Некоторые гены этой группы кодируют факторы транскрипции ( kreisler, Krox20 ), другие кодируют рецептор тирозинкиназы ( Sek-1 , Sek-2 , Sek-3 , Sek-4 ) или его лиганды ( Elf-2 ). (Рецептор тирозинкиназы - это трансмембранный белок, у которого внутриклеточный домен, представляющий собой тирозинкиназу, активируется при связывании лиганда с внеклеточным доменом).
(2) Вторая категория содержит гены, которые определяют судьбу каждого сегмента. Эти гены образуют высококонсервативное семейство Нох генов .
Свойства Нох генов были впервые описаны у дрозофилы, у которой они регулируют гомеостаз . Регулирующие гомеостаз гены координируют экспрессию многих других генов во время развития организма. Например, мутация гомеотических генов семейства Нох у дрозофилы приводит к замене одной части тела на другую, вследствие чего на месте антенны может развиться нога. Гомеотические гены содержат консервативную последовательносъ ДНК - гомеобокс. Гомеобокс кодирует последовательность из 60 аминокислот , которая распознает и связывается с определенной последовательностью ДНК серии подчиненных генов. Каждый гомеотический ген, таким образом, координирует экспрессию большого числа генов, которые вместе определяют строение одного сегмента эмбриона.
Сегментарный паттерн экспрессии генов семейства Нох наблюдается в заднем мозгу цыплят и грызунов , что приводит нас к предположению, что Нох гены могут играть роль гомеотических управляющих генов, регулирующих процессы развития позвоночных и создания определенных структур относительно рострокаудальной оси в определенных областях заднего мозга эмбриона. Результаты, полученные при помощи трансплантации, выключения определенных генов и эктопической экспрессии, согласуются с этими предположениями. Дополнительным доказательством является изучение мутации Нох генов и других гомеобоксных генов у человека, которые приводят к изменениям в определенных области ЦНС ( Boncinelli et al. 1998 , Walsh. 1999 ).
Следующий очевидный вопрос: а что определяет паттерн зкспрессии Нох генов? Ответом, по крайней мере частично, является градиент ретиноевой кислоты . Ретиноевая кислота вырабатывается в Гензеновском узелке , который называется Шпемановским организатором (Spemann organizer) у эмбрионов птиц и позвоночных ( рис. 23.1 ). Но ретиноевая кислота не просто активирует транскрипцию всех Hox генов : описана систематическая разница чувствительности различных генов Нох семейства к ретиноевой кислоте. Таким образом, диффузия ретиноевой кислоты из Гензеновского узелка способствует формированию градиента, который играет большую роль в упорядоченной экспрессии различных Нох тенов в рострокаудальном направлении в заднем мозге.
