Биологический каталог




Нейрохимия: Учебник для биологических и медицинских вузов

Автор И.П.Ашмарин, А.Е.Антипенко, В.В.Ашапкин, Г.Г.Вольский, С.А.Дамбинова и

он регулирует транскрипцию группы генов-реализаторов, непосредственно участвующих в установлении специфических для данного мотонейрона синаптических контактов.

Наконец, классический объект генетических исследований — дрозофила — позволил получить обширную информацию о сложных процессах онтогенеза центральной нервной системы. Эту информацию можно обобщенно представить в виде модели многоступенчатой генетической детерминации нейрогенеза, основные положения которой, по-видимому, сохраняют силу и для позвоночных животных. В соответствии с этой моделью существует четыре класса генов, регулирующих последовательные этапы нейрогенеза. Первый, наименее изученный класс, включает гены, ответственные за преобразование части клеток недифференцированной вентральной эктодермы в предшественники нервных клеток (нейробласты и глиобласты). Ко второму классу относятся гены, детерминирующие свойства клеток-предшественников в соответствии с их положением в той или иной части ЦНС. Среди этих генов — многие из так называемых гомейотических или сегментарных генов, которые детерминируют также и формирование общего плана строений организма в целом. При этом одни и те же гены обычно детерминируют и формирование определенного сегмента организма, и специфические свойства локализованного в нем сегмента ЦНС. Заметим, однако, что сегментарная и нейроспецифическая экспрессия гомейотических генов контролируется разными механизмами. Гены третьего класса детерминируют свойства индивидуальных нейробластов (в том числе, их способность дифференцироваться в ту или иную группу нейронов) в зависимости от их локализации внутри данного сегмента ЦНС. Представителем этого класса, по-видимому, является ген prospero, экс-прессирующийся только в определенных нейробластах каждого сегмента ЦНС, но не в образующихся из них нейронах. Мутации этого гена приводят к выпадению из развивающейся нервной системы нескольких специфических клеточных линий. Наконец, гены четвертого класса детерминируют индивидуальные свойства каждого из нейронов, образующегося при делении одного нейробласта. Представителями этого класса являются гены fushi tarazu (ftz) и even-skipped (eve). Интересно, что один и тот же ген может участвовать в контроле разных этапов нейрогенеза. Так, ген ftz является типичным гомейотическим

29

геном, участвующим в формировании общего сегментарного плана строения ЦНС и организма в целом, т.е. входит во второй класс генов. На более поздних этапах он участвует в детерминации свойств индивидуальных нейронов: в каждом сегменте ЦНС он экспрессируется в группе из 30 идентифицируемых нейронов, являющихся потомками -8 нейробластов. При этом ни в одном из нейробластов ген ftz не экспрессируется, а процент экспрессирующих его клеток в потомстве индивидуальных нейробластов варьирует от 0 до 100%. Заметим, однако, что сегментарная и нейроспецифическая экспрессия гена ftz контролируется разными механизмами. Еще один фундаментальный вывод описанных исследований состоит в том, что индивидуальная специфичность элементов нервной системы определяется не уникальными генами, количество которых заведомо меньше числа самих элементов, а уникальными комбинациями взаимодействующих генов, надежность которых обеспечивается чертами функциональной избыточности.

Гены, ответственные за формирование специфического фенотипа функционально зрелых нейронов, изучены главным образом для относительно просто устроенных нейронных структур, например сетчатки глаза дрозофилы. Каждый элемент сетчатки — омматидий — состоит из 8 четко различимых по морфологии и локализации фоточувствительных нейронов (R1-R8) и 12 ненейрональных клеток. Дифференцировка нейронов в развивающихся омматидиях протекает в строго фиксированной последовательности (R8 -» R2, R5 -» R3, R4 Rl, R6 -> R7) (рис. 1.3). Недифференцированные клетки в зачатках оммати-диев являются эквипотенциальными, а судьба дифференцирующихся клеток определяется не их происхождением, а индуцирующими стимулами со стороны соседствующих с ними ранее дифференцированных клеток.

ген rouoh ген seveniess

' boss

Рис. 1.3. Дифференцировка фоторецепторных нейронов в омматидиях дрозофилы

30

Некоторые из генов, ответственных за генерацию и рецепцию этих стимулов, хорошо изучены: ген sevenless кодирует мембранный рецептор, необходимый для индукции дифференцировки нейрона R7, а ген bride of sevenless (boss) — за образование в нейроне R8 лиганда, действующего на этот рецептор. Ген seven in absentia (sina) кодирует ядерный белок, интерпретирующий сигнал, воспринимаемый рецептором sevenless. Ген rough кодирует транскрипционный фактор, необходимый для возникновения в нейронах R2 и R6 сигнала, индуцирующего дифференцировку соседних клеток в нейроны R3 и R4. Другой транскрипционный фактор, необходимый для дифференцировки нейронов Rl, R3, R4 и R6, кодируется геном seven-up (svp). Ключевым элементом в реализации генетических программ функционального созревания фоторецеп-торных нейронов является ДНК-связывающий белок, кодируемый геном glass, а специфическими для индивидуалъньгх фоторецепторных нейронов компонентами этих программ — гены, кодирующие разные формы фоторецепторных белков.

Важную роль в окончательной морфологической дифференцировке нейронов играют гены, кодирующие молекулы избирательной межклеточной адгезии. Одной из разновидностей таких молекул у насекомых являются фасциклины, обеспечивающие взаимное узнавание и ассоциацию растущих аксонов в развивающейся ЦНС и, в конечном итоге, формирование стереотипной системы аксонных пучков. В эмбриональной ЦНС разные фасциклины экспрессируются в разных популяциях нейронов и их отростков: каждый фасциюшн экспрессируется в аксонах -5 из -30 аксонных пучков передних и задних комиссур каждого ганглия и -15 нейронах каждого полусегмента. В эмбриогенезе экспрессия фасциклинов наблюдается уже в отдельных клетках морфологически недифференцированной вентральной нейроэктодермы, сохраняясь в образующихся из этих клеток нейробластах, ганглионарных материнских клетках и нейронах. По-видимому, фасциклины входят в число наиболее ранних молекулярных маркеров индивидуальных нейрональньгх линий. Обнаруженные закономерности при исследовании относительно просто устроенной ЦНС беспозвоночных не всегда находят прямые аналогии в более сложно организованных ЦНС высших позвоночных животных. Тем не менее с известной осторожностью их можно использовать при интерпретации данных по экспрессии генов в мозге позвоночных.

1.7.2. Экспрессия генов в развивающейся нервной системе позвоночных

Возникновение ЦНС из недифференцированных клеток эктодермы до настоящего времени остается одним из самых загадочных процессов в эмбриогенезе позвоночных. Считается, что

31

исходно клетки эктодермы не имеют самостоятельного нейро-генного потенциала, а их дифференцировка в нервные клетки индуцируется какими-то сигналами, поступающими из нижележащих клеток эмбриональной мезодермы. Молекулярная природа этих сигналов и их первичных эффектов в клетках эктодермы до последнего времени была совершенно неизученной. Совсем недавно обнаружено, что, например, компонентом такого первичного эффекта в эмбрионах шпорцевых лягушек является индукция гена Х1Н Ьохб, содержащего характерную для многих генов, регулирующих онтогенез, эволюционно консервативную последовательность, так называемый гомеобокс. Он тесно связан с определением локализации групп клеток и тканей, с "географией" клеток и функций в организме.

Экспрессия этого гена характерна для наиболее ранних стадий нейрогенеза. Ген ХШЬохб имеет четко выраженный сегментарный характер экспрессии в эмбриональной ЦНС: его транскрипты обнаруживаются только в задних двух третях нервной трубки. Подобно многим гомейотическим генам дрозофилы ген ХШЬохб перестает экспрессироваться на поздних стадиях эмбриогенеза.

Ген XlHboxl экспрессируется в спинном мозге, причем передняя граница экспрессирующей его области — очень резкая и в точности совпадает с границей спинного и головного мозга. При инактивации кодируемого этим геном белка специфическими антителами нарушается развитие передних отделов спинного мозга: они трансформируются в структуру, морфологически идентичную продолговатому мозгу.

Очевидно, кодируемые этими генами белки являются специфическими транскрипционными факторами, регулирующими генетическую детерминацию клеточных линий в определенных отделах эмбриональной ЦНС. Они обеспечивают реализацию позиционной информации в общем процессе нейрогенеза.

В геноме мыши обнаружено четыре комплекса тесно сцепленных гомеобокс-содержащих генов, Нох-1, -2, -3, и -4. Индивидуальные гены каждого комплекса аналогично гомейотическим генам дрозофилы экспрессируются в различных относительно передне-задней оси тела областях ЦНС. Морфологически различимые сегменты в эмбриональной ЦНС позвоночных обнаруживаются лишь на ранних стадиях развития заднего мозга в виде так называемых ромбомеров, тогда как на более поздних стадиях и в мозге взрослых животных рудиментом сегментарного строения остается лишь распределение ядер черепно-мозговых нервов (рис. 1.4.).

32

Средний мозг_

КННЮНННННЬ-

23 Ifir 23 2.2 2.1 2.6 2.7 2.8 23

Рис.].4. Экспрессия генов комплекса Нох-2 в заднем мозге эмбрионов мыши: в нижней части — порядок расположения генов в локусе Нох-2 хромосомы II мыши; римские цифры — ганглии черепно-мозговых нервов; rl — г8 —ромбомеры

Индивидуальные гены Нох-2 комплекса имеют общую область экспрессии в каудальных отделах эмбриональной нервной трубки, тогда как передние границы экспрессирующей области у них различны: чем ниже данный ген расположен в Нох-2 локусе хромосомы, тем выше расположена эта граница.

Сейчас интенсивно накапливаются и обобщаются новые данные в этой области. Эволюционная консервативность регуля-торных генов, экспрессируемых в сегментарных отделах эмбрио-

33

нальной ЦНС позвоночных, и явные аналогии в характере их экспрессии с гомейотическими генами дрозофилы делают весьма привлекательной гипотезу об их роли в детерминации общего плана строения и идентичности отдельных клеточных линий в развив

страница 7
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95

Скачать книгу "Нейрохимия: Учебник для биологических и медицинских вузов" (21.4Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.11.2019)