Генетичен контрол на сегментацията
Процесът на сегментиране на тялото, който включва разделянето на глава, гръден кош, корем, както и отдели, произлизащи от тях, е универсален в животинския свят. След като избрахме D. melanogaster като модел на обект на развитие, нека първо разгледаме присъщите му детайли, показани на фигурата.
Първият етап от формирането на пространственаорганизация се регулира от генис майчин ефект, продуктите от дейността на които по време на оогенезата образуват фадиенти с морфогенетично активни протеини. Това е последвано от оплождане и фрагментиране на ембриона. След образуването на бластодермата и включването на зиготни гени започва последователното формиране на сегментния план на структурата на тялото на Drosophila, ларвите и възрастните (възрастни), от които се състоят от предна глава, три фарингеални и осем коремни сегмента.
В резултат на взаимодействието на припокриващи сефадиенти на морфогенетично активнипротеини, които са продукти на bicoid и nanos гените, се активират гените от gap групата (от англ. gap - празнина, дупка), разделящи ембриона на широки домени.
Към днешна дата са описани6 генаот групата gap, като основните гени са гърбав, Круппел и книрп. Всеки от тях се експресира в определени сегменти на ембриона. Експресията на гърбавия ген се среща в две области: в задната четвърт на яйцето, а също и в пространството от предния полюс почти до средата на яйцето. Генът на Kruppel се експресира в широка зона, която съставлява средата на ембриона.Продуктът на гена knirps се открива както пред, така и зад тази зона. Фактът, че експресията на тези три гена се регулира от продуктите на bicoid и nanos гените, е установен в резултат на изследване на мутанти, неспособни да ги синтезират.
ген протеинбикоид,действайки като положителен регулатор на експресията на гърбавия ген, той насърчава натрупването на последния продукт в края на главата на ембриона, а нанос генният протеин вероятно инхибира активността на гърбавия генен продукт. В допълнение, чрез блокиране на експресията на гена на Kruppel в предната и задната област на ембриона, протеиновите продукти на bicoid и nanos гените допринасят за натрупването на иРНК на гена на Kruppel в централната част на ембриона. Първо, размитите граници на транскрипционните региони на гените на gap групата се стесняват с течение на времето, тъй като генният протеин на Krupel инхибира транскрипцията на гърбавия ген, а продуктите на гърбавия и knirps гените инхибират транскрипцията на Krupel genа.
По този начин,области на стабилна експресияна gap гени първо са диференцирано регулирани от майчините детерминанти и след това чрез взаимно потискане на последния и правилния гени на gap групата.
Разривътпродукти за активиране на генизадейства функционирането на групата на правилата за двойки, която се състои от осем гена и определя разделянето на ембриона на по-малки домени, състоящи се от два така наречени парасегмента. Освен това в един от парасегментите гените от групата на двойните правила са активни, докато в другия не са. От групата с правила за двойки, Drosophila експресира предимно гените rint и hairy, второ, fushi tarazu (редуциращ броя на сегментите) и even-skipped (редуциращ на четните сегменти).
Периодичната промяна в нивата на експресия на гениот групата на двойката води до локална експресия на гените от най-многобройната група - сегментна полярност. Под действието на техните продукти ембрионът се разделя по цялата надлъжна ос на крайни сегменти. Най-голям интерес за нас от тази група представлява генът на таралежа, за който при гръбначните животни, в частност при хората, има ясно установен хомолог.
Такова ейерархичнотопоследователността на функциониранена трите основни групи сегрегационни (т.е. отговорни за броя на образуваните сегменти) гени.
Както вече беше споменато, мутациите в гени смайчин ефект се проявяват фенотипнов Drosophila като липса или дублиране на главата, опашката, дорзалните или вентралните структури. Последиците от мутациите на другите три групи гени ще бъдат съответно: 1) нарушение на броя и полярността на сегментите; 2) нарушение на формирането на половината от сегментите: дори или нечетно; 3) загуба на част от всеки сегмент с едновременно удвояване на същата част от противоположната страна.
Вече е установено, чебозайницитеимат най-малко три хомолози на морфогена на таралеж от групата на гените за сегментна полярност: Sonic (SHH), Desert (THE) и Indian hegdehog (lHH). Те са отговорни за контрола на ляво-дясната асиметрия, определянето на полярността в клетките на централната нервна система, сомитите и крайниците, както и за формирането на скелета.
SHH играе критична роля в развитието навентралната неврална тръбана човешкия плод. Неговото „изключване“ поради мутация, която нарушава пълното разделяне на развиващия се мозък на две отделни полукълба и вентрикули, води до сериозни, често фатални последици, наричани в клиниката холопрозенцефалия (теленцефалонът не е разделен и е представен от полукълбо, няма обонятелни луковици и трактове, хипокампусът е рязко хипопластичен, цитоархитектониката на неразделената мозъчна кора е нарушена).
ТЕ, очевидно,контролират навлизането на зародишни клеткив клетъчното делене, тяхната експресия се забелязва в тестикуларни клетки на Сертоли след активиране на SRY гена. При мишки, носещи мутация на този ген, е имало намаляване на броя на зародишните клетки и блокиране на сперматогенезата, вкоето води до безплодие.