Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Новосибирский государственный университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

15ver7

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.06.2015

Размер:

3.22 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 22

Генетика развития Глава 15

Рисунок 15.12

структурами, представляющими зеркальные

ßéöî

отражения прилежащих половин сегментов.

Спинная сторона

Какова иерархия действия этих генов?

Передний

Задний

Ãåíû

из группы

Gap активируются

конец

морфогенами, кодируемыми генами с

материнским

эффектом

Брюшная сторона

располагающимися градиентно в яйце.

Клеточная

Парасегменты

Действие Gap-генов приводит к

бластодерма

9 10 1112 13 14

формированию

широких

доменов

эмбрионе (Рис. 15.14), каждый из которых

будет потом развиваться в несколько более

Компартменты

мелких сегментов. Затем включаются гены

Эмбрион

A P A P A P A P A P A P A PA PA PA PA P

группы pair-rule и сегментной полярности

в возрасте

Сегменты

(Ðèñ. 15.14).

10 часов

После того,

êàê

завершено

T2 T3

A1 A2

формирование сегментации, вступают в

A3 A4

действие гомеозисные гены – большой класс

генов, которые контролируют развитие

какой-то части тела из определенного

Взрослое

сегмента. В результате гомеозисной мутации

насекомое

из данного сегмента развивается какая-то

A2 A3

A4 A5

A6A7

другая часть тела (Дополнение 15.2 и Рис.

15.15). Среди гомеозисных генов наиболее

известны bithorax complex (BX-C) и

Antennapedia-complex (Ant-C).

Удрозофилыличинкииимагоимеютярко

Торакальные

Брюшные

выраженные сегменты: один головной, три

сегменты

Развитие

дрозофилы

определяется

грудныхивосемьбрюшных.Каждыйсегмент

имаго

имеет

уникальный набор

формированием передне-задних и спинно-

дифференцированных морфологических

брюшных градиентов в яйце, которые

позволяют формироваться парасегментам в

структур.Например,мезоторакальныйсегмент

клеточной бластодерме, а также сегментам у

несетпарукрыльевипаруног,метаторакальный

эмбрионов

и взрослых

насекомых.

- пару ног и пару гальтеров - особых

Сегментация эмбрионов и имаго полностью

булавовидных образований, помогающих

идентичны (Из: Russell, 1998, p. 571).

удерживатьравновесиевполете.Характерный

Рисунок 15.13

Ãåí

Нормальная личинка,

Эффект мутации

Время экспрессии

место действия гена

закрашено краснам

Отсутствуют

До 11 деления

Gap (Krüppel)

прилегающие

сегменты

Pair-rule

Потеря каждого 11-12 деления

(even-skipped)

второго сегмента

Сегменты Гены сегментации заменены 13 деление

(gooseberry)

на зеркальные

Классификация генов сегментации у дрозофилы, определяемая по их мутантному фенотипу (Из: Russell, 1998, p. 572).

367

Глава 15						Генетика развития
Рисунок 15.14				Рисунок 15.15
à				à	ãëàç
					ариста
					антенна
á				á	ротовые части
				á
â
				â
Иерархия действия генов сегментации.
Последовательное подразделение эмбриона
на широкие домены (а), парасегменты (б) и
компартменты (в). а – в результате экспрессии				Рисунок головы дрозофилы дикого типа (а)
ãåíà	Kruppel	(Gap-группа)	íà	и гомеозисные превращения антенны (б) и
пребластодермальной стадии выявляется				аристы (в) в ногу в результате мутаций
продукт этой экспрессии (РНК или белок) в				Antennapedia и Aristapedia соответственно.
виде темной полосы. б – экспрессия гена fushi				этого	ãåíà	эмбрион	развивается до
tarazu на пребластодермальной стадии –				этого	ãåíà	эмбрион	развивается до
tarazu на пребластодермальной стадии –				определенной стадии изатемгибнет.
образуется 7 парасегментов, в которых				определенной стадии изатемгибнет.
образуется 7 парасегментов, в которых				Погибшийэмбрионможнорассмотреть.
выявляется продукт этого гена (темные				Погибшийэмбрионможнорассмотреть.
выявляется продукт этого гена (темные				Результаты оказались поразительными.
полосы). в – экспрессия гена engrailed из				Результаты оказались поразительными.
полосы). в – экспрессия гена engrailed из
группы сегментной полярности на поздней				Рисунок 15.16
стадии сегментации (Из: Gehring, 1998, p. 117).				à	á	â
наборможнонайтиинасегментахличинки(см.					HEAD
					HEAD
Ðèñ.15.16).
	По мнению американского ученого				PRO
	По мнению американского ученого				MS
Эдварда Льюиса (Рис. 15.17), мухи					MS
Эдварда Льюиса (Рис. 15.17), мухи					MT
эволюционировали из насекомых, имевших					AB1
четыре крыла, а насекомые в свою очередь,					AB2
четыре крыла, а насекомые в свою очередь,					AB3
произошли из членистоногих, имевших					AB4
множество ног. В ходе эволюции мух у них					AB5
множество ног. В ходе эволюции мух у них					AB6
должныбылисформироватьсянесколькогрупп					AB7
должныбылисформироватьсянесколькогрупп					AB8
					AB8
генов: те, которые подавляют развитие ног на				Схема сегментального строения личинки (а)
брюшных сегментах многоножко-подобных				Схема сегментального строения личинки (а)
брюшных сегментах многоножко-подобных				и взрослой мухи дрозофилы (в) (Из: Lewis,
предков,атакжегенов,подавляющихразвитие				и взрослой мухи дрозофилы (в) (Из: Lewis,
предков,атакжегенов,подавляющихразвитие				1978). На обобщенной схеме (рис. б) видно,
второй пары крыльев. Должна также была				1978). На обобщенной схеме (рис. б) видно,
второй пары крыльев. Должна также была				что как личинка, так и взрослая муха имеют
появитьсягруппагенов,формирующихновые				общий принцип сегментации. Они имеют
структуры:гальтерыибрюшныесегменты.				головной сегмент (HEAD), три грудных
	Одним из генов, влияющих на эти			сегмента (T1, T2, T3), а также 8 брюшных от
процессы, является BX-C. В ходе своих				AB1 до AB8. Каждый из сегментов, как у
экспериментов Э. Льюис полностью удалил				личинки, так и имаго имеет свой набор
генBX-Cспомощьюнебольшойделеции. Без				органов, отличающий данный сегмент от
генBX-Cспомощьюнебольшойделеции. Без				остальных.
				остальных.

368

Генетика развития									Глава 15


Рисунок 15.17							Дополнение 15.1
							Нобелевская премия 1995 года была
							присуждена Э. Льюису, Х. Нюссляйн-Волхард
							и Э. Вишаусу (E.B. Lewis, C. Nusslein-Volhard,
							E.F. Wieschaus) за открытие генетического
							контроля раннего эмбрионального развития.
						торакальногоивформированиивсехструктур
						набрюшныхсегментах.
							Вдальнейшихэкспериментахоказалось,
						что BX-C содержит три различных гена: Ubx,
						abd-A и Abd-B (Рис. 15.18). Каждый из них
						контролирует формирование определенной
						группы сегментов. Мутации этих генов
						заставляют			последующие сегменты
						развиваться в предыдущие, и генетический
						порядок мутантов грубо соответствует
						пространственному порядку органов по оси
						òåëà (Ðèñ. 15.19). Òàê, åñëè âñå òðè ãåíà
						удалены		(Ubx-, abd-A-, Abd-B- íà Ðèñ.15.19),
	Эдвард Льюис					нормально развиваются только первый
	Эдвард Льюис					торакальный (T1) и девятый брюшной (A9)
		ðîä. 1918				торакальный (T1) и девятый брюшной (A9)
		ðîä. 1918				сегменты, контролируемые другими генами,
						сегменты, контролируемые другими генами,
						все остальные сегменты (T3 и все
Эмбрион	èìåë		очень характерную			все остальные сегменты (T3 и все
Эмбрион	èìåë		очень характерную			последующие брюшные) развиваются как
морфологию: у него были только вторые						более ранние T2.
торакальныесегменты(илимезоторакальные							Если ген Ubx сохраняется, но
на Рис.15.16).Еслибыэтоторганизмостался							Если ген Ubx сохраняется, но
на Рис.15.16).Еслибыэтоторганизмостался						повреждаются abd-A и Abd-B, нормально
жить и вырос во взрослую муху, то она бы						развиваются все грудные сегменты, а все
имела 10 пар крыльев и 10 пар ног. Э. Льюис						брюшные представлены самым первым A1
сделал вывод о том, что функция гена BX-C						(Ðèñ. 15.19).
заключается		â	инактивации		генов,		При повреждении гена Abd-B
формирующих ноги и крылья во всех							При повреждении гена Abd-B
формирующих ноги и крылья во всех						нормально развиваются все грудные
последующих сегментах после второго						сегменты, затем брюшные A1, A2 и A3, все
						остальные представлены сегментом A4 (см.
Дополнение 15.2						остальные представлены сегментом A4 (см.
Термин “гомейозис” был предложен в						Ðèñ. 15.19).
Термин “гомейозис” был предложен в						Â		молекулярно-генетических
1894 году У. Бэтсоном еще до переоткрытия						Â		молекулярно-генетических
1894 году У. Бэтсоном еще до переоткрытия
законов Г. Менделя. Он дал широкое						экспериментах выяснили, что все три гена
определение		для группы		явлений		комплекса BX-C, а также ген Antp имеют
варьирования признаков, в результате						гомологичные друг другу участки, т.е.
которых “нечто изменяется в похожесть на						последовательности нуклеотидов в них
что-то другое”. У особи вместо одних частей						фактически			одинаковы (более 90%
тела появляются другие, которые в норме						сходства). Последовательность длиной 180
должны	áûòü	расположены		â	другом	сходства). Последовательность длиной 180
должны	áûòü	расположены		â	другом	парнуклеотидов,котораяимеланаибольшую
сегменте тела. Первую гомеозисную мутацию						парнуклеотидов,котораяимеланаибольшую
сегменте тела. Первую гомеозисную мутацию						гомологию,			назвали гомеобоксом, а
– bithorax у дрозофилы открыл К. Бриджес в						гомологию,			назвали гомеобоксом, а
– bithorax у дрозофилы открыл К. Бриджес в						соответствующий ему фрагмент белковой
1915 году. В 1926 году Е.И. Балкашина						соответствующий ему фрагмент белковой
1915 году. В 1926 году Е.И. Балкашина						молекулы длиной 60 а.к. - гомеодоменом.
открыла вторую гомеозисную мутацию –						молекулы длиной 60 а.к. - гомеодоменом.
открыла вторую гомеозисную мутацию –							К настоящему времени найдены сотни
Aristapedia, и еще через 5 лет, вновь К.							К настоящему времени найдены сотни
Aristapedia, и еще через 5 лет, вновь К.						генов, обладающих гомеодоменом: у
Бриджес открыл proboscipedia (Из: Lewis,						генов, обладающих гомеодоменом: у
Бриджес открыл proboscipedia (Из: Lewis,
1994).						человека, мышей, птиц, лягушек, червей,

369

Глава 15	Генетика развития

Рисунок 15.18

T2	A1	A2 A3
	A1	A2 A3	A4 A5
	T3		A4 A5	A6A7
T1				A6A7
				A8

Сегменты
Мутации Ubx	T2	T3	A1	A2	A3	A4	A5	A6	A7	A8
Мутации Ubx			Ubx
			bxd
Регуляторные мутации			pbx
Регуляторные мутации		abx
		abx
		bx
Регуляторные		abx/bx	bxd/pbx	iab-2	iab-3 iab-4iab-5 iab-6 iab-7						iab-8, 9
Регуляторные
последовательности
-100		-50	0		+50		+100		+150		+200
Структурные гены		Ubx		abdA						AbdB

Организация комплекса генов BX-C. Три гена – Ubx, abdA и AbdB занимают участок ДНК длиной 300 т.п.н. Все три гена считываются справа налево. Над картой ДНК показаны регуляторные мутации, которые влияют на развитие различных сегментов мухи (Из: Russell, 1998, p. 577).

жуков. Фактически все представители животного мира, проходящие хотя бы на некоторых этапах развития стадию сегментированного зародыша, имеют гены, обладающие гомеодоменом. А у дрозофилы найдено свыше 20 генов, содержащих в своем составе гомеобокс. 180 пар нуклеотидовгомеобокса кодируютфрагмент полипептидадлинойв60аминокислот,который скручен в 4 α -спирали, каждая из которых отделена от другой наклоном оси вращения. Третьяизэтихспиралейпомещаетсявбольшую бороздкуДНК,опознаетпоследовательность нуклеотидов и связывается с ними (см. Рис. 10.9).

Такими структурными особенностями обладают ДНК-связывающиеся белкифакторы транскрипции. Процессы взаимодействия нуклеотидов ДНК и аминокислот белка-фактора транскрипции организованы так, что определенная последовательностьнуклеотидовсвязывается толькосопределеннойпоследовательностью аминокислот. Поэтому нуклеотиды в гомеодомене и расположены в такой консервативной последовательности у представителейразныхтипов,классов,родов и видов животных. Например, из 60

Рисунок 15.19

дикий тип
à Ubx +
abd +	-
Abd-B +	6	)&
	6	)%
	6! ) ) )! )" )# )$	)%

Ubx -

áabd- - Abd-B-

6						)'
6						6
6						6
6						6
6						6
6	6				6	6
				6		6
		6	6
		6	6

Ubx+

âabd- -

Abd-B-		)'
6		)
		)
6	6! )	)
	6! )	) ) ) ) )

Ubx +

ãabd- +

	Abd-B-	)'
	6	)"
		)"
	6	)"
	6! ) )	)"
	6! ) )	)! )" )" )"

Схеманарушенийдифференцировкиврезультате мутацийгеновUbx,abd-AиAbd-B(Из:Lawrence, 1992, p. 112). а - все три гена работают нормально, у эмбриона нормально развиты грудныесегменты(T1-T3)ибрюшные(A1-A8). б-г - Нарушения сегментации в результате мутирования одного, двух или всех трех генов.

370

Генетика развития Глава 15

аминокислотвгомеодоменемухидрозофилы		Дополнение 15.4
и лягушки (ксенопуса) 55 оказались		Нематода Caenorhabditis elegans была
одинаковыми.		выбрана в качестве модельного объекта
Рассмотренные выше данные		биологии развития Сиднеем Бреннером
несомненно свидетельствуют о том, что		(Sidney Brenner) в 1963 году, когда Бреннер и
развитие - это процесс последовательного		Френсис	Êðèê,		почувствовали, что
		большинство		классических		проблем
включениявсеболееиболееусложняющихся
		молекулярной биологии уже решено и что в
генныхсистем.Приэтомпродуктыоднихгенов
		будущем нужно браться за решение более
находятспециальныепосадочныеплощадкив
		сложных биологических проблем: “Мы
регуляторныхрайонахдругихгенов,садятсяна
		должны двигаться к другим проблемам
них и включают эти гены в активное
		биологии,	которые являются новыми,
функционирование. И так - сплошная
		загадочными и яркими”. Бреннер выбрал

последовательностьвключенийивыключений		проблему развития червя, а Крик – проблемы
генов.		человеческого мозга. Почему именно червя?
		Бреннер хотел получить в качестве объекта
Литература к разделу 15.5.		небольшой организм, развитие которого
Жимулев И.Ф. Действие генов в раннем		можно было		áû	изучать с	помощью
		аналитических			методов	генетики
развитии дрозофилы. Соросовский
		микроорганизмов. C. elegans – маленькая –
образовательный журнал 7: 30-34, 1998.
		около одного		миллиметра		длиной –
Корочкин Л.И. Введение в генетику развития.
		свободноживущая почвенная нематода,
Москва, Наука, стр. 75-120, 1999.
		питающаяся преимущественно бактериями.
Gehring W.J. Master control genes in development
		Ее жизненный цикл составляет 3 дня. Она
andevolution:thehomeoloxstory.NewHaven
		производит несколько сот потомков. В
and London, Yale University Press, 1-236,
		лабораториях живет на чашках Петри с агаром,
1998.
		несущим газон E. coli. Размер генома C.
Lawrence P.A. The making of a fly. The genetics of
		elegans составляет 8x10% п.н., т.е. вдвое
animaldesign.BlackwellScientificPublications,
		меньше, чем у дрозофилы (Из: Gehring, 1998,
Oxford, 232 p., 1992.
		pp. 56-57.
LawrenceP.A.,StruhlG.Morphogens,compartments

and pattern: lessons from Drosophila? Cell 85:	клеток. Кроме того, у обоих полов в состав
951-961, 1996.	организмов входит варьирующее число
Lewis E.B. Homeosis: the first 100 years. Trends in
	зародышевых клеток. Число соматических
Genetics 10: 341-343, 1994.	клеток фиксировано и их можно подсчитать
LewisE.B.Agenecomplexcontrollingsegmentationin
	непосредственно под микроскопом. Кроме
Drosophila. Nature 276: 565-570, 1978.	того, прямо в живом организме можно
Russell P. Genetics. Fifth edition. Addison Wesley
Longman, inc. Menlo Park, California, 569-	проследить клеточные деления и судьбу
579, 1998.	каждой дочерней клетки от зиготы до

	конкретногооргана. Каждаяклеточнаялиния
15.6. Дифференциальная	(ткань,		орган)		характеризуется
активность генов в ходе	определенным				набором	генов,
развития	активируемых в процессе ее развития.
В результате дифференциальной		По результатам исследований в рамках
	програмы «Геномчеловека»удалосьпримерно
активности генов формируются различные
клеточные линии, а на их основе – ткани и	установить число генов, вовлеченных в
органы. Лучше всего формирование	формированиеифункционированиеотдельных
клеточных линий прослежено на примере C.	органов и тканей человеческого тела (Рис.
elegans (Дополнение 15.4). Организм	15.20).

взрослых гермафродитов состоит только из 959 соматических клеток, у самцов – 1031

371

Глава 15 Генетика развития

Рисунок 15.20

15.7. Гомология генов,

Лимфатические клетки 374

Ìîçã 3195

контролирующих

Эндотелиальные клетки 1031

Ãëàç 547

раннее развитие

Слюнная железа 17

Кость 904

Щитовидная железа 584

Жировая ткань 581

Можно

рассмотреть

Тимус 261

Околощитовидная железа 46

несколько примеров. После

Гладкая мускулатура 127

Пищевод 76

открытия

гомеобокса

Молочная железа 696

Легкие 1887

Поджелудочная железа 1094

Сердце 1195

дрозофилыэтуструктурустали

Селезенка 1094

Печень 2091

обнаруживать у множества

Эритроцит 8

Надпочечники 658

представителей Metazoa от

Тромбоит 22

Желчный пузырь 788

Толстый

губок

äî

позвоночных

Большой сальник 163

кишечник 879

Тонкий кишечник 297

человека, а также у высших

Почка 712

Плацента 1290

Яичник 504

растений, и уже к 1995 году

Простата 1283

Семенник 370

áûëî

описано

346

Скелетная мышца 735

Матка 1859

Белая кровяная

ï î ñ ë å ä î â à ò å ë ü í î ñ ò å é

Êîæà 620

клетка 2164

Эмбрион 1989

гомеодомена. Если принять за

Яичко 1232

основу аминокислотную

Синовиальная

оболочка 813

ï î ñ ë å ä î â à ò å ë ü í î ñ ò ü

Число генов, вовлеченных в развитие и функционирование

гомеодомена из

ãåíà

органов и тканей человека (Из: Сойфер, 1998).

Antennapedia, то окажется,

Литература к разделу 15.6.

что в семи позициях частота встречаемости

Сойфер В.Н. Международный проект «Геном

одной и той же аминокислоты составляет

человека». Соросовский образовательный

более 95% (Рис. 15.21).

Семейство генов с гомеобоксами у

журнал : 4-11, 1998.

Gehring W.J. Master control genes in development

дрозофилы называют HOM-семейством, у

and evolution: the homeolox story. New Haven

млекопитающих – HOX. Cопоставление

and London, Yale University Press, 54-92,

порядка генов в HOM и HOX – семействах

1998.

показало, что они не только одинаковы в

Рисунок 15.21

N-конец

Спираль I

Петля

Спираль II

Поворот

Спираль III

Спираль IV

R K R G R Q T Y T

R Y Q T L E L E K E F H

F N R Y L T

R R R R I E I A H A L

C L T

E R Q I K I W F Q N R

R M K W K K E N

d d d d

c c

d c c c

c c

d d c d c c d d d d

d d

R R R K R T A Y T R Y Q L L E L E K E F H F N R Y L T R R R R I E L A H S L N L T E R Q V K I W F Q N R R M K W K K E N

340

320

300

280

260

240

220

200

180

160

140

120

100

Консервативность организации гомеодоменов. I – структура гомеодомена гена Antennapedia у D. melanogaster, 1-60 – аминокислоты, входящие в гомеодомен. с – аминокислотные остатки, вовлеченные в формирование гидрофобной сердцевины. d – аминокислоты, вовлеченные в процесс связывания с ДНК. d – аминокислоты, непосредственно контактирующие с ДНК. II – консенсус гомеодомена. Встречаемость в данном положении аминокислоты, присущей гомеодомену гена Antennapedia. По оси абсцисс: длина гомеодомена в аминокислотах. По оси ординат: число гомеодоменов, имеющих эту аминокислоту в данном положении (Из: Gehring, 1998, p. 180).

372

Генетика развития			Глава 15


Рисунок 15.22		Рисунок 15.23
	à		ã

					Drosophila
BX-C												ANT-C



	Abd-B Abd-A Ubx					Antp	Scr	Dfd		Pb	Lab
												Hox-2


		2.5	2.4	2.3		2.2	2.1	2.6	2.7	2.8	2.9

эмбрион мыши

Колинеарность расположения гомеозисных
генов и их экспрессии у дрозофилы и мыши
(Из: DeRobertis et al., 1990). Гены, обладающие
гомеобоксом, контролируют развитие столь	â		å
различных организмов как дрозофила и	â		å
различных организмов как дрозофила и
мышь. Гомологичные гены и части тела у
обоих видов закрашены одним цветом.

обоих семействах, но и считываются в
одном и том же порядке (Рис. 15.22).		Схема строения глаза у человека (а), кальмара
Следует оговориться, что такое		Схема строения глаза у человека (а), кальмара
Следует оговориться, что такое		(б) и дрозофилы (в). (Из: Halder et al., 1995b).
расположение гомеозисных генов не		(б) и дрозофилы (в). (Из: Halder et al., 1995b).
расположение гомеозисных генов не	ã, ä		- разрез сетчатки, е - продольный срез
	ã, ä		- разрез сетчатки, е - продольный срез
абсолютно. У близкого к D. melanogaster	через один омматидий.
вида – D. virilis – в одном кластере
вида – D. virilis – в одном кластере	каскад генов прямо или опосредованно
располагаются гены Ubx и Antp, но средний	контролируется одним главным, или мастер-
ген из комплекса BX-C – AbdB – расположен	геном. Именно матер-гены, котролирующие
отдельно (см. von Allmen et.al, 1996).	развитие на ранних этапах эмбриогенеза и
Описаноогромноеразнообразиетипов,	развитие на ранних этапах эмбриогенеза и
Описаноогромноеразнообразиетипов,	имеют максимальную гомологию.
строенияифункционированияглазуживотных
(Ðèñ. 15.23)	Литература к разделу 15.7.
У дрозофилы мутация eyeless (ey)	DeRobertis E., Oliver G., Wright C. Homeobox genes
полностьюостанавливаетразвитиеглаза(см.	DeRobertis E., Oliver G., Wright C. Homeobox genes
Рис. 4.3). У мыши и крысы мутация Small eye			and the vertebrate body plan. Scientific
Рис. 4.3). У мыши и крысы мутация Small eye			American 263: 26-33, 1990.
(Sey), а у человека - Aniridia, останавливает	Gehring W.J. The master control gene for
развитие глаз и эмбриона в целом.			morphologenesisandevolutionoftheeye.Genes
Оказалось, что белки, кодируемые			to Cells 1: 11-15, 1996.
этими генами (Pax-гены), являются	Gehring W.J. Master control genes in development
факторамитранскрипции.Степеньгомологии			and evolution: the homeolox story. New Haven
этихгеновпоаминокислотамдостигает97%.			and London, Yale University Press, 180-209,
В Разделе 7.6.3. приводится			1998.
В Разделе 7.6.3. приводится	Halder G., Callaerts P., Gehring W.J. Induction of
удивительныйфакт:привстраиваниивгеном	Halder G., Callaerts P., Gehring W.J. Induction of
дрозофилы гена Sey из генома мыши, у мух			ectopic eyes by targeted expression of the
дрозофилы гена Sey из генома мыши, у мух

формируютсяглаза,типичныедлянасекомых.

eyeless gene in Drosophila. Science 267:

Как было недавно установлено, около 2500 генов вовлечено в развитие глаза и весь

1788-1792, 1995a.

373

Глава 15

Генетика развития

Halder G., Callaerts P., Gehring W.J. New

фрагментируется на апоптозные тела,

perspectives on eye evolution. Current Opin.

окруженные мембранами, подвергающиеся

Genet. Developm. 5: 602-609, 1995b.

фагоцитозу и перевариваются макрофагами

Quiring R., Walldorf U., Kloter U., Gehring W.J.

или соседними клетками.

Homology of the eyeless gene of Drosophila

Апоптоз следует отличать от обычной

to the Small eye gene in mice and Anitridia in

некротическойгибеликлеток.Последняя,как

humans. Science 265: 785-789, 1994.

правило, вызывается острым повреждением

Von Allmen G, et.al., Splits in fruitfly Hox gene

complexes. Nature 380: 116, 1996

клетки, которое характеризуется быстрым ее

набуханием и лизисом. Апоптоз часто

15.8. Апоптоз (Генетически

сопровождается активацией нуклеаз,

запрограммированная смерть

которые расщепляют хромосомную ДНК

клетки)

сначала на большие (50-300т.п.н.), а потом

все более мелкие фрагменты.

Большинство, если не все клетки

животных обладают способностью к

Каксейчасшироко признается,апоптоз

играет важную роль в формировании

саморазрушениюврезультатеактивирования

внутренних генетических

программ

организма, регулировании числа клеток в

самоубийства в тех случаях, когда данные

организме, как защитный механизм для

удаления ненужных или потенциально

клетки более не требуются организму или

опасных

клеток,

таких

êàê

если они серьезно повреждены. Исполнение

самоактивирующиеся лимфоциты, клетки,

этой программы смерти часто связано с

инфицированные вирусами или опухолевые

характерными морфологическими

клетки.

биохимическими изменениями, и эта форма

Лучше всего генетический контроль

клеточной смерти называется апоптозом.

процесса апоптоза изучен у нематоды

Термин этот происходит от греческого слова,

описывающего растения, теряющие листья.

C.elegans. Програмированная смерть клеток

у этого вида проходит четыре этапа (Рис.

В ходе апоптоза ядро и цитоплазма

15.24). Сначала формируется “решение” о

конденсируются, и умирающая клетка часто

Рисунок 15.24

Поглощающая клетка

Решение о гибели

Гибель

Поглощение

Деградация

Здоровая клетка	Коммитированная			Гибнущая
	к гибели здоровая			клетка
		клетка
ces-2	ces-1		ced-9

egl-1

ced-3 ced-4

ced-1	nuc-1
ced-2
ced-5
ced-6
ced-7
ced-8
ced-10

Специфические клетки Все гибнущие клетки

Генетический путь програмированной клеточной гибели у Caenorhabditis elegans. Было выделено 14 генов, которые на различных стадиях оказывают влияние на этот процесс. Мутации, которые влияют на решение погибнуть, активны только в малом количестве клеток. В противоположность этому гену, вовлеченные в реализацию всех последовательных стадий клеточной смерти являются общими для всех соматических клеток этого организма. Активность генов edc-3 и ctd-4 стимулируют гибель клеток, в то время как активность гена ced-9 предотвращает это событие, “спасает” клетку от гибели. Установлены эпистатические

отношения между этими генами. Символы: → позитивная регуляция,		негативная
регуляция (Из: Steller, 1995).

374

Генетика развития Глава 15

томбудетклеткажитьилидолжнапогибнуть,

Рисунок 15.26

затем гибель клетки, ее поглощение

Регуляторы

фагоцитамиилидругойклеткойидеградация

поглощенного трупа.

Защитные функции

Выявлено 14 генов, участвующих в

(ced-9/Bcl-2)

этом процессе у нематоды. Три гена – ced-3,

Внешние

сигналы

ced-3

ced-4 и ced-9 (ced – обозначает cell death

reaper

Апоптоз

ICE-подобный

defective) вовлечены в процесс гибели всех

Внутренние

клеток. Активность первых двух требуется

сигналы

crmA

для того, чтобы произошла гибель клеток,

Гипотетическая

модель конвергенции

ген ced-9 необходим,чтобызащититьклетки,

сигналов по программе апоптоза (Из: Steller,

которые должны выжить в ходе развития.

1995).

Этот ген кодирует белок Bcl-2,

них был найден у дрозофилы. В результате

принадлежащий к семейству белков-

генетического анализа был обнаружен ген

регуляторов клеточной смерти. Белки,

reaper (rpr) (в переводе с английского

видимо, взаимозаменяемы: экспрессия гена

означает “жнец” или “косец”), который

Bcl-2 человека ингибирует апоптоз у

способен аккумулировать внешние и

нематоды. Эти данные свидетельствуют о

внутренниесигналы.Делеции,удаляющиеген

значительном консерватизме, по крайней

rpr, подавляют апоптоз в ответ на любой

мере, части

системы

клеточного

стимул, известный до сих пор. У эмбрионов

самоубийства. Оказалось, также, что

дрозофилы мРНК гена rpr специфически

активность антиапоптозного белка p35,

выявляется в клетках, которые обречены на

выделенного из бакуловируса, защищает от

гибель. Начало экспрессии гена на 1-2 часа

апоптоза клетки насекомых, нематод и

предшествует

появлению первых

нейронов млекопитающих (Рис. 15.25).

морфологических признаков апоптоза. Этот

Каким

образом регулируется

ген быстро индуцируется в ответ на

программа апоптоза и каким образом только

облучение рентгеновскими лучами. Кроме

определенные клетки отбираются для

того, искусственная активация гена rpr

гибели? Апоптоз контролируется многими

приводит к гибели клеток, которые обычно

различными сигналами (Рис. 15.26). Один из

не подвержены апоптозу. Ген rpr кодирует

небольшой полипептид из 65 аминокислот,

Рисунок 15.25

который не имеет существенного сходства

C. elegans

p35

с другими известными белками.

Литература к разделу 15.8.

ced-9

ced-3

гибель

Агол В.И. Генетически запрограммированная

ced-4

кдетки

смерть

клетки.

Соросовский

образовательный журнал, N6, 20-24, 1996.

Корочкин Л.И. Введение в генетику развития.

Москва, Наука, 182-195, 1999.

Млекопитающие p35

Steller H. Mechanisms and genes of cellular suicide.

Science, 267: 1445-1449, 1995.

Bcl-2

ICE-

гибель

подобный

кдетки

Сходство некоторых этапов у C.elegans и

млекопитающих (Из: Steller, 1995).

375

<<< < Предыдущая 12 / 22

Соседние файлы в папке Генетика (Жимулев)

#
06.06.20151.51 Mб210ver7.pdf
#
06.06.20153.45 Mб211ver7.pdf
#
06.06.20151.91 Mб512ver7.pdf
#
06.06.20153.01 Mб913ver7.pdf
#
06.06.20152.35 Mб514ver7.pdf
#
06.06.20153.22 Mб215ver7.pdf
#
06.06.2015536.84 Кб516ver7.pdf
#
06.06.2015981.78 Кб217ver7.pdf
#
06.06.2015571.82 Кб418ver7.pdf
#
06.06.2015535.61 Кб419ver7.pdf
#
06.06.20154.07 Mб81ver7.pdf