Рассказ предка

Восемь Hox-генов выстраиваются в два генных комплекса, физически разделенных вдоль одной и той же хромосомы. Их называют комплексом Antennapedia и комплексом Bithorax. Эти названия вдвойне неудачны. Комплекс генов называют в честь единственного члена этого комплекса, который не более важен, чем другие. Хуже того, сами гены обычно называют по названию того, что случается, если они работают не так как надо, а не по названию их нормальной функции. Было бы лучше назвать их чем-то вроде передний Hox-комплекс и задний Hox-комплекс. Однако мы упорно придерживаемся существующих названий.

Комплекс Bithorax состоит из последних трех Hox-генов, названных по историческим причинам в которые я не буду вдаваться, Ultrabithorax, Abdominal-A и Abdominal-B. Они затрагивают задний конец животного следующим образом. Ultrabithorax экспрессируется от сегмента 8 по всей длине до заднего конца. Abdominal-A экспрессируется от сегмента 10 до конца, и Abdominal-B экспрессируется от сегмента 13 до конца. Продукты этих генов образуются в уменьшающемся градиенте концентрации в направлении заднего конца животного от своих различных отправных точек. Так, сравнивая концентрации продуктов этих трех Hox-генов, клетка в следующей части личинки может различить, в каком сегменте она находится, и действовать соответственно. Та же история для переднего конца личинки, за который ответственны пять Hox-генов комплекса Antennapedia.

Клетки «думают», что они находятся в другом сегменте. Гомеотическая мутация плодовой мушки.

В таком случае Hox-ген является геном, чье жизненное предназначение состоит в том, чтобы знать свое местонахождение в теле и сообщать о нем другим генам в этой же клетке. Мы теперь готовы понять гомеотические мутации. Когда Hox-ген работает не так как надо, клетки в сегменте дезинформированы, в каком сегменте они находятся, и создают тот сегмент, в котором они «думают», что находятся. Так, например, мы видим, что нога растет в сегменте, в котором обычно выращивалась бы антенна. В этом есть точный смысл. Клетки в любом сегменте вполне способны к сборке структуры любого другого сегмента. Почему бы им этого не делать? Инструкции для изготовления любого сегмента скрываются в клетках каждого из сегментов. Это – Hox-гены, которые, при нормальных условиях, вызывают «правильные» инструкции для создания структуры, соответствующей каждому сегменту. Как справедливо подозревал Уильям Бэтсон, гомеотическая аномалия открывает показательное окно на то, как обычно работает система.

Вспомните, что у мух, необычно для насекомых, как правило, есть только одна пара крыльев, плюс пара гироскопических жужжалец. Гомеотическая мутация Ultrobithorax вводит в заблуждение клетки в третьем грудном сегменте, которые «думают», они находятся во втором грудном сегменте. Поэтому они сотрудничают, чтобы создать дополнительную пару крыльев, вместо пары жужжалец (см. рис.) Есть мутант мучного хрущака (Tribolium), у которого все 15 сегментов развились в антенны, по-видимому, потому что все клетки «думают», что они находятся в сегменте 2.

Это переносит нас в самую замечательную часть «Рассказа Плодовой Мушки». После того, как Hox-гены были обнаружены у дрозофилы, они стали выявляться повсеместно: не только у других насекомых, таких как жуки, но и почти у всех других животных, которых исследовали, включая нас самих. И – что действительно едва ли не слишком хорошо, чтобы быть правдой – они, очень часто, оказывается, делают то же самое, информируют делящиеся на сегменты клетки о том, где они находятся, и (даже лучше) выстраиваются в том же порядке вдоль хромосом. Давайте теперь вернемся к истории млекопитающих, которая была наиболее тщательно изучена благодаря лабораторной мыши – этой дрозофиле мира млекопитающих.