Молекулярная биология генов, контролирующих пространственную организацию зародыша

Принято считать, что знание структуры любого биологического объекта (будь то кость или ген) приближает нас к пониманию его функций. Структура гомеозисных генов нацеливает исследователя на понимание сложных форм регуляции, поскольку клонирование гомеозисных генов установило далеко не простой характер их организации. Некоторые из них имеют несколько промоторов и сайтов инициации транскрипции. Ген Antennapedia, например, транскрибирует два типа РНК, причем синтез одной из них происходит внутри интрона другой (18.33) (Frischer el al., 1986). РНК некоторых гомеозисных генов, в частности гена Ultrabithorax, подвергаются тканеспецифическому дифференциальному сплайсингу. Другие гены, такие, как fushi tarazu, имеют множественные энхансерные области (Hiromi, Gehring, 1987). Последовательность ДНК рядом с геном ftz контролирует полосатый (тип зебра) характер его экспрессии. Присоединение его к другим генам приводит к появлению у них зебровой формы транскрипции. Левее элемента «зебра» расположен участок ДНК, ответственный за экспрессию ftz в клетках центральной нервной системы, а еще выше – энхансер зебровой формы проявления данного гена. Продукт гена ftz регулирует энхансер-зебра (рис. 18.34).

Последовательности ДНК, контролирующие становление пространственной организации, формируют сложные гены, которые регулируют такое становление, по-видимому, не только по принципу «включен–выключен», но и с помощью сочетания набора их альтернативных состояний. Способность клеток, экспрессирующих одни и те же гомеозисные гены в разных сегментах, формировать разные морфологические структуры возможна при соблюдении следующих условий: 1) регуляция синтеза гомеозисных белков в разных клетках должна осуществляться на разных уровнях, 2) в различных клетках должны возникать различные комбинации гомеозисных белков, 3) продукты генов сегментации должны сохраняться, чтобы модифицировать продукты гомеозисных генов и 4) в различных клетках должен происходить альтернативный сплайсинг или альтернативный процессинг (Scott, Carroll, 1987). Это особенно важно в случае активации гомеозисными генами различных батарей генов. Существуют данные в пользу каждой из предложенных моделей.