В. Значение генов других семейств для закладки головного и туловищно-хвостового отделов тела у зародышей позвоночных

Необходимо иметь в виду, что не только система гомеобоксных генов имеет значение в установке главного плана построения тела позвоночных животных. В последние годы были выявлены и идентифицированы многие новые молекулярные компоненты, участвующие в процессах образования организатора Шпемана и первичной эмбриональной оси. Они не только расширили информативную базу данных, но и существенно изменили представление о первичном состоянии и характере взаимодействий исходных зародышевых пластов.
Согласно классической эмбриологической концепции организатор Шпемана, по мере формирования, генерирует активные сигналы, которые могут превратить вентральные мезодерму и эктодерму в дорсальные, производя соответственно процессы дорсализации и нейральной индукции. Серия молекулярных исследований последних лет противоречит, по-видимому, представлению о доминирующей роли дорсальных сигналов со стороны организатора; напротив, оказывается, что именно вентральные сигналы являются исходными, первичными, блокирующими активность организатора. Эти сигналы осуществляются за счет деятельности группы генов, синтезирующих белки типа bone morphogenetic proteins (ВМР). Это стало ясно после того как было показано, что секретируемые в области организатора белки, chordin и noggin, скорее противодействуют угнетающим функцию организатора сигналам ВМР, чем направляют его развитие (Hemmati-Brivanlou and Melton,1997; Graff,1997).
В соответствии с новой концепцией блокирование влияний генов ВМР приводит к образованию организатора на стадии ранней гаструлы. Однако этого оказывается недостаточно, чтобы создать полноценно функционирующий организатор: ингибиторы белков ВМР (noggin, chordin, follistatin и др.), будучи тестированые на образование организатора после инъекции в вентральную зону зародыша, индуцировали вторичные осевые комплексы с отсутствующими структурами головы впереди спинного мозга (Graff et al.,1994; Lemaire et al.,1995; Lemaire, Kodjabachian,1996). Очевидно, что для образования полной зародышевой оси требуются дополнительные факторы.
По-видимому, таковыми являются факторы, преодолевающие ингибирующее влияние, исходящее из вегетативной половины еще от одной группы генов WNT, гомологов гена дрозофилы wingless. У позвоночных известно, по крайней мере, 15 различных генов WNT (Nusse, Varmus,1992; Cadigan, Nusse,1997). Микроинъекции некоторых генов WNT в вентральные клетки зародышей Xenopus приводят к дупликации полной оси зародыша (Christian, Moon,1993a; Cadigan, Nusse,1997; Deardorff et al.,1998). Полагают, что эта дупликация возникает из образования второго центра Ньюкоопа, который и индуцирует в расположенной выше ткани организатор Шпемана. Сигналы WNT, наподобие BMP, угнетают развитие организатора. Выяснили, что в последнем секретируются 3 мощных ингибитора сигналов WNT: это cerberus, frzb-1 и dickkope-1. Все они начинают экспрессироваться на стадии средней гаструлы в основном в прехордальной мезодерме, хотя каждый имеет свой особый рисунок экспрессии.
В области хордомезодермы (туловища) эти гены не экспрессируются, в отличие от антагонистов продуктов генов ВМР. Их общей функцией является подавление постеризующего влияния сигналов WNT, исходящих из центра Ньюкоопа, и, таким образом, обеспечение индукции головы (Niehrs,1999).
Что происходит при угнетении обоих (BMP и WNT) вегетативных типов сигналов? Показано, что ко-инъекция мРНК генов, являющихся ингибиторами как WNT, так и BMP сигналов, индуцирует гетеротопическое развитие только головного отдела (Glinka et al.,1997; Niehrs,1999). Последний автор представил двухингибиторную модель, согласно которой функцией организатора Шпемана является экспрессия ингибиторов, противодействующих инструктивным сигналам факторов BMP и WNT со стороны центра Ньюкоопа. Развитие головы индуцируется из комбинированной экспрессии ингибиторов, подавляющих оба типа сигналов, тогда как туловище индуцируется при подавлении только сигналов ВМР.
К настоящему времени выявлено большое количество молекулярных факторов, способных включать программы морфогенеза по построению комплекса осевых органов в гетеротопической области (среди них гомеобоксные гены в организаторе, гены семейств WNT и BMP, белки frizzled, и др.). Создается впечатление, что механизм включения этой программы либо дублируется много раз или может стартовать с различных промежуточных ступеней. Примером дублирования включения указанной программы является гомеобоксный ген Siamois, который обеспечивает независимый от антагонистов ВМР путь ее реализации (Carnac et al.,1996). Другим примером является ген Smad10, который эктопически способен генерировать развитие полной дорсальной оси, мимикрируя организатор Шпемана, причем также не блокируя сигналов ВМР (Le Sueur, Graff,1999).
Очевидно, что распутывание молекулярно-генетических процессов помогает все глубже проникать в природу организатора Шпемана. В то же время остается ощущение, что эти молекулярные схемы должны быть наложены на определенную пространственно-временнyю структуру, в рамках которой они совершаются.

Дата добавления: 2015-11-16