Цистеин-кламп ген определяет полярность у эмбриона мошки Chironomus
A cysteine-clamp gene drives embryo polarity in the midge Chironomus. Jeff Klomp, Derek Athy, Chun Wai Kwan, Natasha I. Bloch, Thomas Sandmann, Steffen Lemke, Urs Schmidt-Ott. Science. 2015. Vol. 348. No 6238. P. 1040–1042.
В формировании передне-задней полярности у эмбриона дрозофилы ключевую роль играет белок bicoid: там, где его больше всего, формируется голова. Однако у многих других насекомых ген bicoid не обнаружен, а генетические основы формирования передне-задней оси тела неясны. Как выяснилось, в развитии водных личинок комара-звонца Chironomus riparius местоположение головы определяется другим геном, – panish, механизм действия которого отличается от bicoid. Ранее было показано, что если облучить переднюю часть эмбриона комара-звонца ультрафиолетом, то вместо головы у него развивается второй хвост. Это, по-видимому, означает, что для нормального развития головы необходимы какие-то материнские транскрипты (мРНК, считанные с генов матери): ультрафиолет разрушает их, а запас уже не пополняется. Вероятно, концентрация этих мРНК повышена в той половине яйца, из которой в норме развивается передняя часть насекомого. Чтобы обнаружить эти транскрипты, авторы разрезали пополам ранние эмбрионы комаров (на стадии, когда гены самого эмбриона еще не включились и белки синтезируются на основе материнских транскриптов), а затем выделяли РНК по отдельности из передней и задней половинок. Среди 6604 выявленных транскриптов нашелся только один, которого в передней половине эмбриона было намного больше, чем в задней. Этот транскрипт кодирует белок длиной в 131 аминокислоту. Один из его участков (cysteine-clamp domain) получил название Panish. Судя по аминокислотной последовательности, Panish работает в ядре и, скорее всего, является регулятором транскрипции. Ген panish мог появиться путем дупликации фрагмента pangolinс последующими модификациями. Авторы нашли panish в геномах двух других видов комаров-звонцов, но за пределами семейства Chironomidae этот ген, по-видимому, не встречается. Чтобы проверить, участвует ли panish в формировании передне-задней полярности, исследователи подавляли его активность при помощиРНК-интерференции, вводя в ранние эмбрионы комаров искусственные двухцепочечные РНК с последовательностью нуклеотидов, совпадающей с тем или иным участком panish. Это привело к развитию двухвостых, безголовых зародышей. Дополнительные эксперименты подтвердили, что panish необходим для формирования передне-задней полярности и головы у комара. Выяснилось также, что действие panish отличается от действия bicoid. Если ввести в заднюю часть зародыша дрозофилы мРНК bicoid, получается бесхвостая личинка с двумя головами. Если же ввести в заднюю часть зародыша комара-звонца мРНК panish, вторая голова не вырастает, и развитие идет в целом нормально. Таким образом, системы генной регуляции, управляющие формированием передне-задней оси тела, у дрозофилы и комара-звонца оказались разными. Открытие показало, что системы генетической регуляции важнейших морфогенетических процессов, таких как формирование осей тела, более пластичны, чем считалось. Они неоднократно менялись в ходе эволюции, хотя сами процессы, регулируемые ими, при этом неизменно сохранялись.
В.В. Стрекопытов