Роль организатора в формировании головного отдела

Среди других генов, которые активируются в области организатора, идентифицирован гомеобоксный ген Xlim-1 (Taira et al.,1992). Он относится к классу гомеобоксных генов LIM, которые кодируют белки с двумя доменами LIM, расположенными амино-терминально к гомеодомену. Домен LIM определяется цистеин-богатым мотивом, который связывает железо и цинк и опосредует взаимодействие типа белок-белок (Taira et al.,1994; David et al.,1995; Glasgow et al.,1997). Ген Xlim-1 является гомологом гена lin-11,выявленного у Cоenoharbditis elegans. Эктопическая инъекция Xlim-1 в брюшную часть зародышей Xenopus может индуцировать образование вторичной оси (Taira et al.,1994). Гомологом Xlim-1 у мыши является Lim1, который был клонирован Барнес с соавт. (Barnes et al.,1994).
Lim1 экспрессируется в узелке первичной полоски, которая функционально гомологична дорзальной губе амфибий. Для того, чтобы определить имеет ли Lim1 существенное для зародыша значение, в популяции эмбриональных стволовых клеток были получены клетки с замещенной областью ДНК, кодирующей Lim1, клонированы и введены в бластоцисты, чтобы получить химерных мышей, способных к передаче геномов с "выбитыми" аллелями через зародышевую линию. Полученные затем гомозиготные мыши Lim1-/- характеризовались почти полным отсутствием всех головных структур, но туловищный и хвостовой отделы выглядели нормальными (Shawlot, Behringer,1995).
Для того, чтобы выяснить формируются ли у таких мутаций передние отделы головного мозга Шоулот и Беринджер (Shawlot, Behringer,1995) исследовали экспрессию трех нейральных маркеров: Otx2 (экспрессируется в области переднего и среднего мозга), En (на границе между средним и задним мозгом) и Krox20 (в ромбомерах r3 и r5 заднего мозга). У Lim1-/- только экспрессия Krox20 была выявлена в обоих ромбомерах, причем домен r3 был локализован на самом переднем конце зародыша в редуцированном по размерам виде. Из этих экспериментов ясно, что у Lim1-/- отсутствуют передний и средний мозг, но сохраняется часть заднего мозга на уровне 3-го ромбомера.
В процессе развития у зародышей мышей с мутацией Lim1-/-, по сравнению с диким типом, на стадии нервной пластинки (7,5 сут pc) не были развиты узелок-организатор, головной отросток или ПХМ. Однако была обнаружена экспрессия gsc с неправильной локализацией, а другой ген-маркер области узелка HNF3-? экспрессировался только на стадии 8,5 сут. Этот ген в норме экспрессируется на стадии 7,5 сут в области ПХМ (Ang et al.,1993; Weinstein et al.,1994). Поэтому отсутствие экспрессии на этой стадии позволяет предполагать, что ПХМ тоже отсутствует.
В настоящее время трудно судить отсутствует ли ПХМ совсем или существует, но в редуцированном виде. В пользу последнего говорит факт экспрессии ряда генов (gsc, HNF3-?), хотя они проявляют себя не в том месте и не в то время. В любом случае, однако, очевидно, что ПХМ требуется для развития всего головного мозга, начиная от 3-го ромбомера. Значение же гена Lim1, видимо, состоит в том, что он необходим для образования и функционирования самой ПХМ, играющей роль организатора в формировании головы.
Сходный фенотипический эффект вызывает инактивация гомеобоксного гена Otx2, который тоже экспрессируется в области организатора (Acampora et al.,1995; Ang et al.,1996; Lumsden, Krumlauf,1996). У гомозиготной мутации Otx2-/- полностью отсутствовали все структуры переднего и среднего мозга, а задний мозг, как показало использование маркера Krox20, существовал на уровне r3. В то же время структуры туловища были нормальными (Matsuo et al.1995). Отмечается также, что у Otx2-/- отсутствовали сердце и передняя кишка. Это интересно в связи с известными данными, что в отсутствии организатора сердце не формируется (Sater and Jacobson,1990; Yuan and Schoenwolf,1999).
Следует отметить, что оба рассмотренных гена (Lim1 и Otx2) экспрессируются не только в организаторе Шпемана, но и в прехордальной мезодерме (Shawlot, Behringer,1996). Как они взаимодействуют между собой в процессе развития ростральной части головы, пока неизвестно.
Из данных материалов можно сделать наиболее вероятный вывод, что блокировка развития организатора прекращает образование всего головного отдела. Тот факт, что это может произойти в результате мутации всего в одном гене, причем без заметного нарушения развития всего остального тела, позволяет предполагать, что происхождение ПХМ было результатом макроэволюционного изменения по типу гетеротопии, которое способно создать условия для резкого ускорения эволюции по такому пути, который предусматривается теорией прерывистого равновесия (Eldredge and Gould,1972).

Дата добавления: 2015-11-16