Среда, 12.12.2018
БИОРЕГЕНЕРАЦИЯ
Меню сайта
Категории раздела
Мои файлы [33]
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Форма входа
Главная » Файлы » Мои файлы

2.2.а. Эпигенетика на примере дрозофилы
02.05.2011, 15:39

Изучение  трансдетерминации привело к предположению, что существуют гены, выполняющие роль коммутатора, включающего формирование стандартного признака в ответ на определенные сигналы (Фурман и др. 1975[1]). Характерная особенность таких генов, названных гомеотическими, состоит в том, что нарушение их функционирования приводит к формированию сложной альтернативной структуры, а не к образованию аморфной тканевой массы. Например, мутация antennapedia  приводит к тому, что целая группа клеток в норме образующих антенну,  коренным образом изменяет свое поведение и

формирует ногу, в результате чего появляется муха с растущей на голове ногой (Рис 2.5.)









      Такого рода  данные привели к идее о существовании специальной многоуровневой системы триггеров (переключателей) контролирующей дифференцировку клеток. Триггер является простейшим вариантом динамической памяти в отличие от статической памяти, каковой является последовательность ДНК генома (Корочкин  1977[2]).  Определенное состояние триггера может передаваться по клеточной линии (как бы наследоваться), поддерживая таким образом клеточную дифференцировку. Такая многоуровневая динамическая память была обозначена термином эпигеном (Ратнер 1975[3]). В настоящее время изучением эпигенома занимается новая наука эпигенетика (греч. Επί - над, сверх и слово  генетика) которая изучает наследуемые изменения фенотипа (внешних проявлений ), а также генетической активности,  вызванных механизмами не меняющими последовательностей ДНК генома.

     Существование триггеров в эпигеноме, предполагает ассиметричное не случайное распределение состояния триггера  при делении клеток, благодаря которому первоначальный тип клетки дает начало двум новым клеткам: одной наследующей новое состояние триггера и одной наследующей материнское первоначальное состояние. В связи с этим следует отметить, что во время репликации ДНК в состав хроматина одной дочерней спирали ДНК входят нуклеосомы, сформированные материнскими гистонами, тогда как другая дочерняя спираль ДНК содержит только новые гистоны, синтезированные параллельно с синтезом ДНК. Об этом свидетельствует образование свободной ДНК лишь с одной стороны репликативной вилки при блокаде синтеза гистонов циклогексимидом ([4])

     Для развития многих типов дифференцированных клеток по схеме эпигенома

требуется  комбинация сравнительно небольшого числа ключевых регуляторных белков ([5]).

        Следует отметить, что реакция клеток на один и тот же белок – активатор различается в зависимости от того какой путь развития уже прошла данная клетка. Так, например, благодаря вышеописанному динамическому механизму клеточной памяти, попав в поле деятельности градиента концентрации морфогена клетка интерпретирует одну и ту же позиционную информацию по разному в зависимости от своей предистории и соответственно своей интерпретации реагируют на нее. Например, в случае мутации antennapedia

 Дрозофилы сигналы указывающие положение клеток в придатке одинаково эффективны как по отношению к клеткам «решившим» стать клетками антенны, так и по отношению к ним, когда они «выбрали» путь, ведущий к образованию ноги. В результате трансформированные  клетки образуют те участки ноги, которые соответствуют положению этих клеток в антенне ([6]) (см. Рис 2.5.).

 Гены Antennapedia являются примером генов содержащих гомеобокс - последовательность ДНК, обнаруженную в генах, вовлеченных в регуляцию развития у животных, грибов и растений.   Гомеобокс состоит приблизительно из 180 пар нуклеотидов, он кодирует белковый домен длиной в 60 аминокислот  (гомеодомен), который может связывать ДНК. Гены, содержащие гомеобокс, кодируют факторы транскрипции, которые, как правило, переключают каскады других генов. Гомеодомен связывается с ДНК специфическим образом.

Однако специфичности одного гомеодомена, как правило, не хватает для распознавания целевого гена. Обычно белки, содержащие гомеодомен, действуют в промоторной области целевых генов в комплексе с другими факторами транскрипции, часто также белками, содержащими гомеодомен. Такие комплексы, как правило, имеют намного более высокую специфичность по сравнению с белком, имеющим единственный гомеодомен.

Наиболее изученными и наиболее консервативными белками, содержащими гомеодомен, являются Hox-гены, которые контролируют сегментацию во время развития. Кроме того Hox-гены играют ключевую роль в эмбриональном развитии животных, управляя дифференцировкой отделов тела вдоль передне-задней оси. Эти гены отличаются уникальным поведением. Обычно они располагаются группами (кластерами), линейный порядок генов внутри кластера обычно соответствует времени работы гена в развитии. Данное явление называют коллинеарностью ([7]).Показано, что существует две основные фазы в регуляции генов  Hox :  Первая - где непосредственно расписано время активации конкретных генов (эта фаза затрагивает глобальные регуляторные воздействия на гены расположенные вне кластера Hox), и вторая -  где регуляция  затрагивает взаимоотношения  генов внутри кластера. Это свидетельствует о существовании разных типов коллинеарности, функции  которых могут различаться ([8]).   




У дрозофилы известны две группы генов играющих ключевую роль в процессах развития. Это гены, кодирующие белки группы Polycomb (PcG)  и Trithorax  (TrX)

Белки TrX  функционируют в качестве активаторов транскрипции, тогда как гены PcG работают в качестве глушителей активности генов. Ответственные за регулировку этих белков факторы могут запоминать и на протяжении многих поколений клеток поддерживать активное или пассивное состояние конкретных генов, несмотря на то, что активатор или репрессор, вызвавший это состояние, давно исчез. Таким образом, система  TrX / PcG  может играть роль памяти клеточной идентичности  (Ringrose,  Paro 2007[9]). В  качестве факторов  носителей  клеточной памяти могут выступать регуляторные элементы  генов Hox. Предполагается, что регуляция генов гомеобокса  посредством системы TrX / PcG  играет важную роль в образовании и поддержании механизмов позиционной информации необходимой  для осуществления точной реконструкции первоначальной структуры путем морфологической регенерации (Tamura 2010[10]).



[1]     Фурман Д.П. Родин С.Н. и  Ратнер В.А. (1975) Итоги научных работ 3.

         Новосибирск   Ин-т цитологии и генетики, 85-86

[2]     Корочкин Л.И. (1977)  Взаимодействие генов в развитии. «Наука»

 

[3]     Ратнер В.А. (1975) Молекулярно-генетические системы управления.

        Новосибирск «Наука»

[4]    Riley D., Weintraub H. (1979)  Conservative segregation of parental histones

        during replication in the presence of cycloheximide. PNAS USA,  76,  328 - 332

[5]    Gierer A. (1974) Molecular Models and Combinatorial Principles in Cell

        Differentiation and Morphogenesis

        Cold Spring Harb Symp Quant Biol , 38: 951-961; 

[6]   Postletwait J.H., Schneiderman H.A. (1971) Pattern formation and

       determination in the antenna of the homoerotic mutant  Antennapedia

       of Drosophila melanogaster. Dev. Biol., 25, 606-640

[7]   Duboule D, Dolle P. (1989) The structural and functional organization of the

       murine HOX gene family resembles that of Drosophila homeotic genes.

       Embo J. ;8:1497–1505.

[8]  Tschopp PTarchini BSpitz FZakany JDuboule D.( 2009)Uncoupling time

      and space in the collinear regulation of Hox genes.

      PLoS Genet. 2009 Mar;5(3):e1000398


[9]   Ringrose, L. & Paro, R. 2007. Polycomb/Trithorax response elements and

       epigenetic memory of cell identity. Development 134, 223–232

[10]   Tamura K, Ohgo S, Yokoyama H.  Limb blastema cell: a stem cell for

       morphological regeneration. Dev Growth Differ. 2010 Jan;52(1):89-99.






Категория: Мои файлы | Добавил: анатомнет
Просмотров: 646 | Загрузок: 0 | Комментарии: 3 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Поиск
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Copyright MyCorp © 2018
    Бесплатный хостинг uCoz