Контроль и функция Нох генов изучены хорошо у широкого круга видов и многие молекулярные аспекты их регуляции известны. Однако меньше изсестно о молекулярных основах функции генов
. Большинство белков НОХ in vitro распознают одну и ту же из 4-х пар оснований консенсусную последовательность, которая действительно повторяется много раз в геноме. Более значительная связывающая специфичность достигается тогда, когда НОХ белки соединяются в виде комплекса с др. белками, включая HD{ (гомолог у позвоночных гомеодомен-содержащего транскрипционного фактора extradenticle Drosophila). T.o., HOX белки м. распознавать значительно более специфические сайты in vivo. Чтобы понять молекулярные основы функции генов
Мы искали гены, которые непосредственно регулируются
Нох геном
Hoxb4.Таким является гомолог у позвоночных гена
deformed дрозофилы, который экспрессируется и необходим для корректной спецификации некоторых цефалических сегментов. Мутанты
Deformed лишены верхне- и нижне-челюстных структур, а голова трансфоримруется в торако-подобную структуру дорсально и делетирована вентрально. Изучение мышей и лягушек (Xenopus) показало, что
Hoxb4 экспрессируется в заднем мозге и спинном мозге с острой границей между ромбомерами 6 и 7. Гомозиготная нулевая мутация
Hoxb4 у мышей обусловливает гомеозисную трансформацию второго шейного позвонка из axis в atlas и дефектный морфогенез грудины. Эктопическая экспресия
Hoxb4 у ранних эмбрионов Xenopus ведет к делеции структур кпереди от того места, где обычно
Hoxb4 экспрессируется (т.е. в переднем, среднем мозге и заднем мозге кпереди от ромбомера 7).
Было установлено, что TALE гомеодоменовый транскрипционный фактор
Iroquois 5 (
Irx5) является непосредственной мишенью для гена
Hoxb4. Hoxb4 индуцирует экспрессию
Irx5 независимо от трансляции белка, а блокирование эндогенной активности Hoxb4 существенно редуцирует экспрессию
Irx5.
Iroquois in early vertebrate development
Экспрессия
Hoxb4 и
Irx5 перекрывается, так что задняя половина домена экспрессии
Irx5 перекрывается самой передней областью экспрессии
Hoxb4.
Hoxb5, близко родственный ген, который является соседним
Hoxb4 в кластере Hoxb, ведет себя очень сходным образом в отношении регуляции
Irx5, тогда как
Hoxb9 действительно вызывает существенное подавление
Irx5.
Hoxb9 находится более 5' к
Hoxb4 в кластере и экспрессируется существенно более кзади по отношению к нему в развитии. Поэтому трудно ожидать он регулирует
Irx5 по другому. Возможно, что эта регуляция непрямая, т.к. сам
Hoxb4 также подавляется с помощью
Hoxb9.
Irx5 и его близко родственные гомологи имеют сильное сходство с
Нох генами в смысле своей структуры и функции. Они также образуют тесно сцепленный кластер генов в хромосоме. 6 генов Iroquois составляют два кластера по 3 гена каждый на хромосомах 5 и 16 у человека и 8 и 13 у мышей. Имеется, по-видимому, строгое функциональное сходство между этими двумя группами генов. Обе экспрессируются в клетках внутри специфических территорий в раннем развитии. У Xenopus
Irx1, Irx2 и
Irx5 экспрессируются в дорсальной эктодерме в начале гаструляции и существенны для образования нейральной пластинки.
Irx1 (возможно и
Irx2 и
Irx5) м. непосредственно репрессировать экспрессию
BMP4, продукт которого предупреждает дорсальную эктодерму от принятия нейральной судьбы и способствует принятию эпителиальной судьбы.
Гены
Irx имеют дополнительные функции, особенно в установлении границы между средним и задним мозгом, в организаторе. развивающемся сердце и в спецификации нейрональных особенностей в нервной трубке. Как и в случае первичной спецификации нейральной пластинки, одной из функций генов
Irx во всех этих случаях является скорее всего ингибирование BMP4.
Irx4 является исключением, он ингибирует экспрессию медленного миозина тяжелую цепь 3 в развивающихся камерах сердца за счёт образования ингибирующего комплекса с витамином D и рецепторами retinoic X nuclear hormone.
Regulating Iroquois Expression in Early Development
Известно, что экспрессия
Irx1 репрессируется с помощью
BMP4, указывая тем самым, что имеется действительно репрессивное взаимоотношение между этими генами, и активируется с помощью специфичного для головы транскрипционного фактора
Otx2. Имеются также косвенные доказательства на участие в передаче сигналов wnt, т.к. экспрессия
Irx1 существенно редуцируется при ингибировании передачи сигналов wnt. Передача сигналов wnt в первую очередь участвует в формировании передене-заднего паттерна нейральной пластинки. Эктопическая экспрессия компонентов канонического сигнального каскада wnt или самого лиганда wnt в изолированных эксплантах нейральной пластинки м. индуцировать экспрессию нескольких постериорно экспрессирующихся
Нох генов, включая
Hoxb4. Показав в данной работе, что
Irx5 непосредственно активируется
Hoxb4? v/ предположить непрямой механизм, с помощью которого передача сигналов Wnt м. активировать экспрессию
Irx5.
Хотя ясно, что
Irx5 активируется с помощью
Hoxb4, столь же очевидно, что паттерны экспрессии двух генов перекрываются лишь частично. Как же в таком случае определяется паттерн экспрессии
Irx5. М. предположить, что паттерн экспрессии
Irx5 генерируется частично серией перекрывающихся регуляторных генов кроме
Hoxb4. Некоторым подтверждением м служить то, что и
Hoxb1 и
Hoxb5 также активируют
Irx5, хотя и в меньшей степени по сравнению с
Hoxb4.
Альтернативным или дополнительным объяснением частичного перекрывания
Hoxb4 и
Irx5 м.б. то, что регуляторные взаимоотношения между ними имеют более существенное значение для последующих стадий развития (напр,. спецификации качественных особенностей нейронов), хотя осуществляются они еще до нейруляции.
Hox Downstream Targets
Идентификация нижестоящих мишеней для
Нох генов важна. Помимо
Irx5 очень мало известно мишеней для
Нох. Более того, не всегда ясно, действительно ли, идентифицированные мишени находятся под непосредственным контролем
Нох генов. В табл. 1 некоторые такие мишени представлены ( за исключением самих Нох генов, которые являются предметом экстенсивного ауто- и перекресной-регуляции). Отсутствуют какие-либо очевидные последовательрности или функциональное сходство между мишенями, это указывает на чрезвычайную сложность контроля нижестоящих мишеней. Анализ микромассивов к удивлению выявил довольно мало
Нох-мишеней.
Таблица
| Hox Downstream Target Genes |
| Hox ген | Репрессирует(-)
Активирует(+) | Ген-мишень | Ген-мишень:Класс | Источник |
| Hoxb1 | + | COL5A2 | Collagen | Penkov et al., (2000) |
| Hoxb3 | + | TIF-1 | Transcrip.factor | Guazzi et al., (1994) |
| Hoxb4 | - | Xrap1 | Small GTPase | Morsi El-Kadi et al., (2002) |
| Hoxb4 | + | Irx5 | Transcrip.factor | Данная работа |
| Hoxa5 | + | p53 | Tumor Supressor | Ramon et al., (2000) |
| Hoxb5 | + | SPI3 | Serin protease inhib. | Safael (1997) |
| Hoxb7 | + | bFGF | Secreted protein | Care et al., (1996) |
| Hoxb8, b9 | + | NCAM | Cell adhes. molecule | Jones et al., (1989) |
| Hoxc | ? | 1(2)gl | Tumor supessor | Tomotsune et al., (1993) |
| Hoxa9 | - | osteopontin | Secreted protein | Shi et al., (2001) |
| Hoxa10 | + | p21 | Kinase inhibitor | Bromleigh, Freeman (2000) |
| Hoxc13 | - | Keratin | Structural protein | Tkachenko et al., (2001) |
Hoxa9, a10,
b9, c9, d10 | + | Ren-1(c) | Renin | Pan et al., (2001) |
|
Сайт создан в системе
uCoz 