WúADCY I PODDANI - KONTROLA GEN╙W NAD GENAMI

Analizuj▒c rozw≤j wielokom≤rkowego organizmu, mo┐na siΩ zastanawiaµ, dlaczego w│a╢ciwie kom≤rki zarodka, zawieraj▒ce tΩ sam▒ informacjΩ genetyczn▒, r≤┐nicuj▒ siΩ w twory tak nieraz od siebie inne.

Co sprawia, ┐e ten mechanizm jest powtarzalny i tak niezwykle precyzyjny?

Genetyka rozwoju jest dziedzin▒ stosunkowo m│od▒, st▒d nie znamy jeszcze odpowiedzi na wiele stawianych przez ni▒ pyta±. Kolejne odkrycia dostarczaj▒ wci▒┐ nowych informacji. W 1997 roku og│oszono sensacyjn▒ (ale przyjΩt▒ bardzo sceptycznie i z rez erw▒) wiadomo╢µ o sklonowaniu owcy Dolly.

Najbardziej niezwyk│ym elementem tego eksperymentu (a pomijanym niemal przez media) by│o stwierdzenie, ┐e kom≤rki ssak≤w nie s▒ nieodwracalnie zr≤┐nicowane, czyli, ┐e posiadaj▒ komplet sprawnych gen≤w,

w kt≤rych zawarta jest informacja o ca│ym organizmie. Potwierdzi│o to tezΩ, ┐e w specjalizuj▒cych siΩ kom≤rkach najczΩ╢ciej nie dochodzi do nieodwracalnego unieczynnienia gen≤w, (np. przez siln▒ spiralizacjΩ chromatyny), lecz do ich selektywnej, kontro lowanej ekspresji.

Poniewa┐ morfogeneza odbywa siΩ wed│ug wzorc≤w przekazywanych przez rodzic≤w, musz▒ istnieµ geny odpowiedzialne za kontrolΩ rozwoju.

Ich mutacje mia│yby │atwo zauwa┐alne, powa┐ne nastΩpstwa, w postaci zaburze± budowy osobnika. Prawid│owe anatomicznie organy pojawia│yby siΩ w nieodpowiednim dla nich miejscu, liczbie, czy czasie.

Znaleziono tego typu mutanty u znanych organizm≤w laboratoryjnych - nicienia Ceanorhabditis elegans i muszki owocowej Drosophila melanogaster.

Ceanorhabditis elegans jest niewielkim zwierzΩciem, d│ugo╢ci zaledwie 1,2 mm.

Jego rozw≤j trwa tylko 3 dni, a jego specyficzn▒ cech▒ jest to, ┐e cia│o doros│ego osobnika sk│ada siΩ dok│adnie z 945 kom≤rek, kt≤rych podzia│y i migracje w okresie rozwoju osobnika zosta│y dok│adnie zbadane (!)

Genom tego nicienia zawiera zaledwie ok. 3 tys. gen≤w i zosta│ ju┐ w ca│o╢ci sklonowany. DziΩki mutacjom zidentyfikowano ok. 800 gen≤w odpowiedzialnych za rozw≤j. Mutacje w tych genach powoduj▒, ┐e kom≤rka rozwija siΩ w tym kierunku, co powinna, al bo nie zatrzymuje siΩ w podzia│ach w odpowiednim momencie.

Analiza mutant≤w pomog│a w identyfikacji gen≤w nadzoruj▒cych rozw≤j tak┐e u Drosophila melanogaster. Mutacje rozwojowe, zaburzaj▒ce symetriΩ cia│a, zmieniaj▒ce liczbΩ segment≤w, ich wygl▒d i po│o┐enie, pozwoli│y na zlokalizowanie ok. 100 gen≤w zaan ga┐owanych w kontrolΩ prawid│owego rozwoju owada.

Geny te tworz▒ ╢cis│▒ hierarchiΩ, w kt≤rej geny wy┐szej kategorii reguluj▒ aktywno╢µ gen≤w podrzΩdnych.

Najwy┐sz▒ pozycjΩ w hierarchii uk│adu regulacyjnego zajmuj▒ geny polarno╢ci jaja, odpowiedzialne za orientacjΩ przedniej i tylnej czΩ╢ci jaja, a w konsekwencji r≤wnie┐ za wykszta│cenie osi prz≤d- ty│ zarodka i doros│ego osobnika. Produkty tych gen≤ w s▒ syntetyzowane jeszcze w organizmie samicy, a nastΩpnie zdeponowane w postaci mRNA w oocycie. Bia│ko pierwszego z nich: genu bicoid wyznacza przedni koniec cia│a i jego stΩ┐enie maleje ku ty│owi jaja. Tylna czΩ╢µ jaja wyznaczana jest przez rosn▒ce ku ty│owi stΩ┐enie produktu innego z "kr≤luj▒cych" gen≤w: nanos.

Bia│ko genu bicoid jest czynnikiem transkrypcyjnym, i wraz z bia│kiem nanos dostarcza sygna│u, reguluj▒cego aktywno╢µ gen≤w ni┐ej po│o┐onych w hierarchii.

Dalsze geny rozwoju to czynniki umo┐liwiaj▒ce segmentacjΩ tworz▒cego siΩ zarodka. W tej grupie dzia│aj▒ najpierw geny powoduj▒ce podzia│ cia│a na 3 du┐e rejony, a nastΩpnie kaskada gen≤w, o coraz bardziej lokalnym, ale za to bardziej precyzyjnym dz ia│aniu. Najni┐ej w hierarchii po│o┐one geny z tej grupy wyznaczaj▒ ju┐ u│o┐enie wewn▒trz poszczeg≤lnych segment≤w.

Najni┐sz▒, choµ r≤wnie┐ niezwykle znacz▒c▒, pozycjΩ w kaskadzie gen≤w regulatorowych zajmuj▒ tzw. geny homeotyczne. nadzoruj▒ one specjalizowanie siΩ segment≤w i wykszta│canie charakterystycznych dla nich narz▒d≤w. G│≤wne geny homeotyczne wystΩpuj▒ u Drosophila w dw≤ch g│≤wnych kompleksach: Antennapedia (ANT-C), wyznaczaj▒cym r≤┐nicΩ pomiΩdzy segmentem g│owowym a segmentami tu│owiowymi, oraz w kompleksie bithorax (BX-C), odpowiedzialnym za r≤┐nice miΩdzy tu│owiem i odw│okiem.

Mutacje w obrΩbie tych gen≤w wywo│uj▒ znacz▒ce, choµ nie letalne, zaburzenia. Mutacja Antp sprawia, ┐e zamiast czu│ka, na g│owie muszki wyrasta odn≤┐e, za╢ mutacja bx powoduje zamianΩ czΩ╢ci segmentu odw│okowego na tu│owiowy, wskutek czego rodzi si Ω mucha z dodatkow▒ par▒ skrzyde│.

Wiele z gen≤w zawiaduj▒cych rozwojem koduje sekwencjΩ nazywan▒ homeobox. Jest to fragment o d│ugo╢ci ok. 180 par zasad, koduj▒cy domenΩ bia│kow▒ zdoln▒ do wi▒zania siΩ z DNA. Ta HOMEODOMENA zbudowana jest z trzech fragment≤w (- helikalnych, tworz▒c ych strukturΩ nazywan▒ "heliks- skrΩt-heliks".

Obecnie wiadomo, ┐e homeodomena jest sk│adnikiem bia│ek o charakterze czynnik≤w transkrypcyjnych, wi▒┐▒cych siΩ z DNA i reguluj▒cych ekspresjΩ innych gen≤w.

Homeodomena jest niezwykle silnie konserwowana ewolucyjnie. Geny koduj▒ce te domeny wykazuj▒ bardzo wysok▒ homologiΩ, nawet, gdy pochodz▒ od bardzo odleg│ych od siebie gatunk≤w.

Za badania po╢wiΩcone wczesnym etapom powstawania zarodka i odkrycie funkcji homeodomeny zosta│a przyzna w 1995 roku Nagroda Nobla.

Jak niezwykle sprawny i wydajny jest to czynnik, skoro zosta│ utrwalony przez ewolucjΩ i dzi╢ mo┐emy go znale╝µ min. u dro┐d┐y, Drosophila, cz│owieka, myszy, a nawet, ku zdumieniu genetyk≤w, u kukurydzy !

Co wiΩcej, nie tylko sama sekwencja homeobox jest powielana w ewolucji, ale i ca│y hierarchiczny system reguluj▒cy tworzenie siΩ zarodka.

Podobne uk│ady gen≤w homeotycznych i obszar≤w ich aktywno╢ci mo┐na stwierdziµ np. u Drosophila i u krΩgowc≤w!

Hierarchiczny uk│ad gen≤w, przywodz▒cy na my╢l uk│ad w│adca-poddany, pokazuje mo┐liwo╢µ "panowania" stosunkowo nielicznej grupy gen≤w nad pozosta│ymi. Czy jednak organizmy, zbudowane na podstawie informacji zawartej w DNA, r≤wnie┐ s▒ tylko kolejnym i s│ugami wszechw│adnych gen≤w?

Tak▒ kontrowersyjn▒ hipotezΩ wysun▒│ w 1976 Richard Dawkins, profesor biologii na uniwersytecie w Oxfordzie. W swej s│ynnej ksi▒┐ce "Samolubny gen" ("The Selfish Gene"). Twierdzi on, ┐e, podobnie jak inne istoty ┐ywe, jeste╢my jedynie maszynami pow o│anymi do ┐ycia przez geny. Naszym zadaniem jest jedynie zapewniµ nie╢miertelnym, wiecznym genom mo┐liwo╢µ wytworzenia kolejnych kopii. Ewolucja produkowa│aby wiΩc jedynie coraz doskonalsze opakowania...

Jak Wam siΩ to podoba ?

TRANSPOZONY - W╩DRUJíCE DNA

PúE╞ ZALE»Y OD GEN╙W, NIE OD CHROMOSOMU

Webmaster