Семейства белков, регулирующих процессы секреции у дрожжей и нервных клеток (по Bennet & Sheller, 1993 и Pfeffer, 1994)

Семейство	Гомолог у дрожжей	Участок транспорта у дрожжей	Гомолог в синаптическом окончании
rab	YPTI SEC4	Из ЭР в Гольджи Из Гольджи к мембране	гаЬЗа
VAMP	BET1/SLY12 SEC22/SLY2 SNC1 и SNC2	Из ЭР в Гольджи Из ЭР в Гольджи Из Гольджи к мембране	VAMPI или VAMP2
Синтаксин	SED5 PEP12 SSO1 и SSO2	Из ЭР в Гольджи Из Гольджи к мембране Из Гольджи к мембране	Синтаксин А или В

Кроме того, было обнаружено, что Seci взаимодействует с двумя белками дрожжей — Sso 1 и Sso2. Оба эти белка оказались родственны семейству синтаксинов, участвующих в синаптическом высвобождении нейромедиаторов у млекопитающих.

В результате вырисовывается картина (табл. 20.1), в соответствии с которой процессы мембранного транспорта в секреторных путях обеспечиваются группой консервативных генов, которые обнаруживаются от дрожжей до нервных клеток млекопитающих. Некоторые из этих генов известны, однако другие Sec гены еще предстоит идентифицировать, причем весь предыдущий опыт подсказывает, что обнаружение генов этой группы у дрожжей может служить надежным предсказанием их функций в клетках мозга млекопитающих (Bennet, Sheller, 1993; Pfeffer, 1994).

Широкое распространение такого молекулярного консерватизма (Albright et aL, 2000) означает, что одним из главных условий решения проблемы «нейроэво-люции» должно быть установление принципов вовлечения генов, возникших на донервных этапах эволюции, в развитие и обеспечение функций нервной системы у сложно огранизованных организмов.

20.2.2. Важную роль в эволюции нервной системы играли гены, контролирующие ее развитие

Одно из важных открытий молекулярной генетики последних лет состоит в том, что не все гены организма, по-видимому, имели одинаковое значение в механизмах эволюции. Наиболее существенную роль в эволюции органов, в том числе и нервной системы, вероятно, играли те же самые гены, которые контролируют и критические стороны развития этих структур (см. гл. 19). В терминах разделения генов на «селекторные», регулирующие развитие, и «реализаторные», которые в конечном счете обеспечивают построение структур (Tautz, 1996), это в первую очередь «селекторные» гены. Часто эти гены кодируют транскрипционные факторы — белки, регулирующие экспрессию других генов. Типичным примером могут служить гомеобоксные гены.

Г

Наиболее

существенную роль

в эволюции

органов, в том

числе и нервной

системы, вероятно,

играли те же самые

гены, которые

контролируют

и критические

стороны развития

этих структур

омеобоксные гены кодируют транскрипционные факторы, содержащие консервативный ДНК-связывающий участок из 180 аминокислот и выполняющие разнообразные функции в ходе развития. Они широко представлены у всех эукариот, но претерпели обширную радиацию у ранних многоклеточных, превратившись в ряд гомеобоксных семейств, общих для многих классов многоклеточных. У большинства животных гомеобоксные гены определяют развитие структур вдоль передне-задней оси тела. На ДНК эти гены сгруппированы в комплексы, и позиция генов внутри комплекса коррелирует со временем их экспрессии в развитии и зоной экспрессии вдоль оси тела.

К числу таких гомеобоксных генов относятся гены, входящие в состав комплекса antennapedia-bithorax, — регуляторные гены, контролирующие развитие структур вдоль переднезадней оси у дрозофилы (рис. 20.1).

Рис. 20.1. Нарушения развития при мутациях гомеобоксных генов:

А — нормальная дрозофила, имеющая одну пару крыльев (развивающихся из сегмента Т2), и дрозофила мутантная по гомеобоксному гену Ultrabithorax, развивающаяся с двумя парами крыльев (из сегментов Т2 и ТЗ); Б — мутация гомеобоксного гена Antennapedia у дрозофилы, вызывающая развитие конечностей на месте антенн

Однако гомологи этих генов у позвоночных, известные как гены семейства Нох, экспрессируются преимущественно в перекрывающихся доменах спинного и головного мозга (рис. 20.2). Их экспрессия обнаруживается в эмбриональном мозге мышей и человека и имеет выраженную приуроченность к морфологическим сегментам нервной системы. Мутации в определенных Нох генах ведут к нарушениям развития или полному отсутствию соответствующих ромбомер-специфичных нервных структур (Akam, 1995; Double, Morata, 1994; Kramlauf et al., 1993).

Рис. 20.2. Роль гомеобокспых генов в формировании мозга позвоночных в эмбриогенезе

(A) — Сагиттальный срез мышиного эмбриона. 8 ромбомеров обозначены rl-r8; III-XII — черепные двигательные нервы; V, VII, IX нервы выходят из заднего мозга через ромбомеры г2, г4 и r6; sc. — спинной мозг; m— средний мозг; d — промежуточный мозг; t — передний мозг.

(B) — Схематическая иллюстрация областей экспрессии генов семейства Нох-2, Кгох-20 и int-2 (гомолога FGF) в соотношении с локализацией ромбомеров rl—т8.

(C) — Комплекс генов Нох-2 мыши имеет сходную организацию с комплексом гомеобокспых генов Bithorax у дрозофилы

Какую главную проблему рождают эти и другие сходные исследования в быстро развивающейся области эволюционной молекулярной генетики развития? Демонстрируя молекулярное взаимопроникновение механизмов развития и эволюции, они поднимают критический вопрос о принципах преемственности и смены функций генов в условиях эволюционно усложняющейся морфологической организации.

Решение этого вопроса критически зависит от понимания функций генов в процессах естественного отбора.

Для решения

проблемы

нейроэволюции

требуется единая

теория, связывающая

эмбриологию,

морфологию,

физиологию

и психологию