. Потеря несколько большего участка левого конца комплекса ВХ-С (Df-РЮ) приводит к появлению органов Кейлина на остальных сегментах Б. Напротив, присутствие этого участка при отсутствии остальной части ВХ-С частично подавляет образование органов Кейлина (остается только одна сенсорная щетинка) на сегментах Б и полностью подавляет образование вентральных ямок. Полное отсутствие ВХ-С (Df-P9) приводит к тому, что сегменты ТЗ-Б7 развиваются по типу Т2. Обозначения признаков см. в подписи к рис. 17.14. (По Struhl G., 1981. Nature, 283, 36.)

(рис. 17.16). Доминантные (восстанавливающие функцию) мутации ВХ-С также располагаются на карте в соответствии с порядком расположения сегментов, развитие которых они затрагивают.

Согласно модели, предложенной Льюисом, контроль сегментации торакса и абдомена происходит следующим образом: гены комплекса ВХ-С детерминируют образование продуктов-регуляторов действия других генов, ответственных за развитие сегмент-специфичных структур. Возможно, что в каждом сегменте действует определенный участок комплекса ВХ-С, который активирует гены, контролирующие сегмент-специфичный путь развития клеток этого сегмента. По предположению Льюиса, регуляция каждого из этих генов осуществляется активными в i/мс-положении контролирующими участками. Некоторые из них идентифицированы благодаря наличию в них доминантных мутаций, обусловливающих активность генов ВХ-С в сегментах, в которых эти гены в нормальном состоянии репрессированы. Далее Льюис высказывает предположение о присутствии в градиенте передне задней оси бластоЧасть эмбриона на стадии бластодермы

Мезоторакс

Абдоминальный 1

Абдоминальный 4

Абдоминальный 8

Репрессор

СЬх

Uab

Мер

Гены ВХ-С

'• • • • » •

| •• • • •

' ЦЪх iab2 iabS iab8

••• •••

• * ф . • • •

Ubx iab2 iab5 ШЬ8 - » »

Ubx iab2 i iab5 iab8

Ubx iab2 iab5 iab8

Нормальный путь развития

Мезоторакальный

Абдоминальный 1

Абдоминальный 4

Абдоминальный 8

Мутантный путь развития

Метаторакальный

Абдоминальный 2

Абдоминальный 5

Рис. 17.18. Предложенная Льюисом модель регуляции действия генов ВХ-С через градиент концентрации репрессора (молекулы репрессора обозначены кружками) вдоль переднезадней оси эмбриона на стадии бластодермы. Наиболее высокой из приведенных на этом рисунке концентраций является концентрация в районе мезоторакса (Т2); наиболее низкой-концентрация в районе восьмого брюшного сегмента (Б8). Регуляция каждого из генов ВХ-С осуществляется активным в ^мс-положении регулярным сайтом ДНК (обозначен красным), который связывает репрессор с определенной степенью сродства (сайт с наиболее низкой степенью сродства к репрессору находится слева; по мере продвижения комплекса ВХ-С

слева направо степень сродства увеличивается). При наиболее высокой концентрации репрессора все сайты связаны. По мере снижения концентрации репрессора от левого к правому концу ВХ-С сайты с более низкой степенью сродства уже не могут связывать репрессор, что приводит к активации регулируемых ими структурных генов (Ubx, iab2, iab5 и iab8) в специфических точках по передне-задней оси. Набор активных в данном районе генов комплекса ВХ-С приводит к выбору клетками этого района определенного пути развития. Действие трех мутантных регуляторных сайтов (которые не могут связывать репрессор) на выбор пути развития выделено цветом.

дермы репрессора генов ВХ-С; концентрация этого репрессора наиболее высока в районе бластодермы, соответствующем сегменту Т2, и наиболее низка в районе, соответствующем сегменту А8. Каждый контролирующий участок связывает этот репрессор с различной степенью сродства. Предполагается, что крайний левый контролирующий участок комплекса ВХ-С имеет наиболее низкое сродство к репрессору, а крайний правый-наиболее высокое. Таким образом, каждый сегмент от Т2 до А8 характеризуется активацией все увеличивающегося числа членов ВХ-С, определяемого концентрацией репрессора в сегменте и сродством контролирующих участков района ВХ-С к этому репрессору. В районе бластодермы, соответствующем Т2, высокая концентрация репрессора инактивирует все гены ВХ-С; клетки этого сегмента развиваются по типу Т2. В районе А8 низкая концентрация репрессора приводит к экспрессии всех генов ВХ-С, здесь клетки развиваются по типу А8. В промежутке между Т2 и А8, чем ближе к А8 расположен сегмент, тем большее число генов комплекса ВХ-С активировано в его клетках. На рис. 17.18 схематически представлены элементы этой модели для нескольких сегментов, на этом рисунке показан также постулированный Льюисом эффект нескольких мутаций контролирующих участков.

Данные, подтверждающие существование гипотетического репрессора, получены при исследовании мутаций гена extra sex combs (esc). Ген esc был впервые идентифицирован благодаря рецессивной мутации с частичной потерей функции, которая приводит к замене пар ног сегментов Т2 и ТЗ на пары ног сегмента Т1. Однако мутационный анализ, приведенный Штрулем, выявил аллели с полной потерей функции (esc ~), а также температурочувствительный аллель (escts). Исследование этих мутаций показало, что ген esc + действует в течение первых нескольких часов эмбриогенеза, инициируя активность комплекса ВХ-С сегмент-специфическим образом. Мутация esc ~ приводит к тому, что все эмбриональные сегменты развиваются по типу А8, т.е. имеет фенотип, ожидаемый для мутации, инактивирующей репрессор генов ВХ-С.

Отметим, что esc является мутацией с материнским эффектом. Когда яйцеклетки матерей генотипа esc ~ /esc + оплодотворяются сперматозоидами esc ~, зиготы esc ~ /esc ~ развиваются вплоть до имагинальной стадии. С другой стороны, если яйцеклетки самок esc ~ /esc ~ оплодотворяются сперматозоидами esc~, развитие зигот дает эмбрионы, в которых все сегменты развиваются по типу А8. Очевидно, организм матери предоставляет продукт гена esc+ в количестве, достаточном для инициации нормальной сегментации; после инициации для поддержания детерминированного состояния клеток под контролем комплекса ВХ-С этот генный продукт уже не требуется.

Доказательство того, что в отсутствие продукта гена esc + гены комплекса ВХ-С активируются в сегментах торакса и абдомена беспорядочно, получено путем создания гомозиготных делеции, захватывающих весь район ВХ-С или его часть, в зиготах, где отсутствует продукт гена esc +. Развитие таких зигот показано на рис. 17.19. У эмбрионов, у которых отсутствуют все гены ВХ-С (D/-P9), сегменты ТЗ и абдоминальные сегменты напоминают сегменты Т2, следовательно, сходство этих сегментов с А8 в отсутствие продукта гена esc+ действительно обусловлено активацией генов ВХ-С. Однако у головных сегментов эмбрионов с делецией ВХ-С по-прежнему наблюдается трансформация, характерная для эмбрионов, у которых продукт гена esc + отсутствует. Это указывает на то, что esc+ также регулирует другие гомеозисные гены, необходимые для установления нормальных путей развития головных сегментов. В других исследованиях показано, что развитие головы и сегментов Т1 контролируется генами комплекса Antennapedia (ANT-C), организация которого, возможно, сходна с организацией комплекса ВХ-С. Тогда возможно, что esc+ контролирует экспрессию как ВХ-С, так и ANT-C, определяя пути, по которым развиваются клетки всех сегментов.

Экспрессия генов ВХ-С контролируется также геном Polycomb (Рс). Подобно esc ~, Рс также характеризуется наличием материнского эффекта на детерминацию клеток эмбриона на стадии бластодермы. Однако в отличие от esc + продукт гена Рс + необходим в течение всего времени развития для обеспечения нормальной экспрессии генов ВХ-С в клетках различных сегментов. Это было показано путем использования индуцированной рентгеновским облучением митотической рекомбинации для изменения генотипа отдельных клеток в имагинальных дисках во время развития личинки (см. Дополнение 17.1 в конце главы).

Таким образом, модель Льюиса предлагает общий механизм детерминации клеток эмбриона на стадии бластодермы. Позиционная

информация вдоль переднезадней оси реализуется через концентрацию репрессора. Этот репрессор связывается с активными в ^ис-положении регуляторными последовательностями ДНК, причем степень связывания определяется как концентрацией репрессора, так и степенью его сродства к регуляторным последовательностям. Эти взаимодействия определяют экспрессию генов, находящихся под контролем регуляторных последовательностей. В клетках каждого сегмента происходит экспрессия определенного набора генов, действие которых определяет путь развития каждой клетки и дочерних клеток, возникших в результате митотических делений.

Определение пола

и дозовая компенсация

Наличие пола, т. е. развитие двух различных типов скрещивающихся особей внутри одного вида,-общая черта всех эукариотических организмов, от дрожжей до человека. Выбор пола, очевидно, наиболее важный выбор, который делает в процессе развития оплодотворенная яйцеклетка высшего организма. Как и следовало ожидать, наше понимание того, как происходит этот выбор, в основном основывается на изучении дрозофилы и мыши. У данных видов пол определяется хромосомным составом зиготы (см. гл. 3): зиготы, несущие две Х-хромосомы, развиваются как самки, зиготы, несущие одну X и одну Y хромосому,-как самцы. Несмотря на эту общую черту, генетические механизмы, приводящие к выбору определенного пути развития на основе хромосомного состава и осуществляющие этот путь развития, совершенно различны у мыши и дрозофилы.

Как у мыши, так и у дрозофилы Y-хромосома несет аллели только нескольких генов Х-хромосомы или вообще не имеет таких аллелей. Означает ли это, что у данных организмов самцы и самки различаются по уровню экспрессии сцепленных с полом генов? Ответ на этот вопрос отрицательный: уровень экспрессии большинства генов Х-хромосомы одинаков в мужских и женских клетках мыши и дрозофилы.

Однако способы компенсации зависящей от пола дозы генов, сцепленных с полом, у этих двух организмов, родство между которыми очень отдаленное, совершенно различны. Кроме того, генетические регуляторные механ