Пространственная организация: формирование (дрозофила)
Тело дрозофилы, как и тело других насекомых, состоит из набора повторяющихся модифицированных базовых модулей (сегментов) со специализированными несегментированными структурами на переднем и заднем концах тела. Любое крупное подразделение каждого из сегментов определяется экспрессией особого набора контролирующих генов, уточняющих молекулярные адреса этих подразделений. Пространственная организация дрозофилы начинает формироваться с возникновением асимметрии яйцеклетки. Здесь можно различить две группы генов с материнским эффектом, которые также называют генами полярности яйца . Одна группа этих генов отвечает за дорзовентральное распределение зародышевых листков и основных видов тканей, а другая - за переднезаднее (от головы к хвосту) расположение сегментов. Примером гена этого последнего класса служит ген bicoid , мРНК которого концентрируется на переднем конце яйца. Поскольку зародыш на начальных этапах развития представляет собой синцитий, продукт гена bicoid способен легко диффундировать через цитозоль по всему эмбриону, создавая градиент морфогена , определяющий общую организацию передней половины эмбриона. Этот градиент запускает упорядоченную экспрессию иерархически организованной структуры генов, образованной генами групп gap и pair-rule , генами полярности сегментов и гомеозисными селекторными генами . Эти последние гены под влиянием гена bicoid и взаимодействия между собой начинают экспрессироваться в отдельных участках эмбриона, что постепенно приводит к разделению тела на повторяющиеся сегменты и их части.
Экспрессия генов групп gap и pair-rule носит временный характер, но она накладывает отпечаток на экспрессию генов полярности сегментов и гомеозисных селекторных генов, экспрессия этих последних сохраняется, подвергаясь некоторым уточнениям в процессе дальнейшего развития и обеспечивает клетки позиционной информацией.
Механизм клеточной памяти частично обеспечивается положительной обратной связью (предполагающей, что белковые продукты гомеозисных селекторных генов стимулируют транскрипцию собственных генов) и частично наследуемыми изменениями структуры хроматина.
Необходимость некоторых форм запоминания позиционных значений можно продемонстрировать в экспериментах на клетках имагинальных дисков, из которых возникают наружные структуры тела взрослого организма, эти клетки сохраняют память о своих исходных назначениях в течение неопределенного числа клеточных делений. Такое поведение определяется постоянным присутствием гомеозисных селекторных генов в каждой отдельной клетке любого имагинального диска. Границы компартментов, которые, по всей вероятности, поддерживаются благодаря избирательному слипанию отдельных клеток, делят клетки, характеризуемые различным состоянием дифференцировки, согласно экспрессии этих генов.
В геноме гомеозисные селекторные гены сгруппированы в два класса: комплекс Antennapedia и комплекс bithorax. Все они содержат гомеобоксную последовательность, которая кодирует высококонсервативную последовательность примерно из 60 аминокислот. Эта нуклеотидная последовательность присутствует и в некоторых генах полярности яйца, генах группы pair-rule, генах полярности сегментов, что свидетельствует об общности эволюционного просхождения этих генов из гена - предшественника, который принимал участие в регуляции формирования пространственной организации.
Гены, содержащие гомеобокс, обнаружены у различных животных, в том числе и у круглых червей и у млекопитающих. Это позволяет предположить, что становление пространственной организации у этих животных основано на молекулярных механизмах, сходных с молекулярными механизмами, действующими у дрозофилы.
