If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Եթե գտնվում ես վեբ զտիչի հետևում, խնդրում ենք համոզվել, որ *.kastatic.org և *.kasandbox.org տիրույթները հանված են արգելափակումից։

Հիմնական նյութ

Հոմեոտիկ գեներ

Հոմեոտիկ գեները կարգավորում են մարմնի բոլոր մասերի կամ կառուցվածքների զարգացումը։ Երբ դրանք չափից շատ ակտիվ են կամ բացակայում են, տարօրինակ բաներ կարող են պատահել։

Հիմնական դրույթներ

  • Հոմեոտիկ գեները կարգավորող գլխավոր գեներն են, որոնք ուղղորդում են մարմնի որոշակի հատվածների կամ կառուցվածքների զարգացումը:
  • Երբ հոմեոտիկ գեները գերակտիվանում կամ ապակտիվանում են մուտացիաների արդյունքում, մարմնի կառուցվածքները կարող են զարգանալ սխալ տեղում, երբեմն՝ դրամատիկ կերպով։
  • Կենդանիների հոմեոտիկ գեների մեծ մասը կոդավորում են տրանսկրիպցիայի գործոն հանդիսացող սպիտակուցների, որոնք պարունակում են մի հատված՝ հոմեոդոմեն և կոչվում են Hox գեներ:
  • Hox գեները միացվում են կարգավորող գեների կասկադի միջոցով․ վաղ գեներով կոդավորված սպիտակուցները կարգավորում են հետագա գեների էքսպրեսիան։
  • Hox գեները հայտնաբերված են շատ կենդանիների՝ ներառյալ ճանճերի, մկների և մարդկանց մոտ: Մարդու Hox գեների մուտացիաները կարող են գենետիկ խանգարումներ առաջացնել:

Ներածություն

Քանի՞ ոտք ունի պտղաճանճը: Նույնիսկ եթե դու առանձնապես ճանճերով հետաքրքրված չես, միգուցե գիտես, որ միջատներն ընդհանուր առմամբ վեց ոտք ունեն՝ համեմատած, ասենք, սարդերի ութ ոտքերի հետ: Բացի այդ, երևի նկատել ես, որ պտղաճանճի ոտքերը սովորաբար աճում են մարմնի միջին մասից՝ կրծքից, և ոչ թե, գլխից:
Նկարի աղբյուրը՝ Drosophila melanogaster, մշակումը ըստ՝ Madboy74-ի (CC0/public domain)
Ի՞նչն է պատասխանատու մարմնի մասերի այս կանոնավոր կազմակերպման համար՝ պտղաճանճի պես փոքրիկ օրգանիզմում: Ինչպես պարզվեց, զարգացման ընթացքում հիմնական կարգավորող գեների մի շարք էքսպրեսիայի է ենթարկվում պտղաճանճի մարմնի տարբեր հատվածներում: Այս գեները միացնում են մարմնի յուրաքանչյուր հատվածի զարգացման ճիշտ գենետիկ «ծրագիրը»: Նրանք համոզվում են, որ, օրինակ, ճանճի կրծքային հատվածը ոտքեր է կրում, իսկ գլուխը՝ ոչ:
Այս հոդվածում մենք ավելի մանրամասն կանդրադառնանք այս և այլ հոմեոտիկ գեների, որոնք կոչվում են նաև ընտրող գեներ: Ըստ սահմանման, սրանք գեներ են, որոնք «ընտրում» են զարգացող օրգանիզմների ամբողջական հատվածների կամ կառուցվածքների ինքնությունը:

Պտղաճանճի հոմեոտիկ գեների մուտացիաները

Հոմեոտիկ գեները պատասխանատու են մարմնի որոշակի հատվածների կամ կառուցվածքների ինքնությունը որոշելու համար: Այսպիսով՝ երբ հոմեոտիկ գեները ապակտիվացած են կամ էքսպրեսիայի են ենթարկվում անսովոր տեղերում մուտացիաների պատճառով, դրանք կարող են հանգեցնել նրան, որ մարմնի հատվածները կստանան նոր և երբեմն զարմանալի տեսք։:
Որպես օրինակ դիտարկենք մի հոմեոտիկ գեն, որը կոչվում է Antennapedia: Սովորաբար, Antennapedia-ն էքսպրեսիայի է ենթարկվում՝ առաջացնելով պտղաճանճի կրծքային բաժնի երկրորդ հատվածը՝ սկսած այն ժամանակից, երբ պտղաճանճը փոքրիկ սաղմ է, որըն մեծանում է՝ դառնալու հասուն պտղաճանճ: Այնտեղ գենը գործում է որպես գլխավոր կարգավորիչ՝ միացնելով գենետիկ ծրագիրը, որը կազմում է ճանճի երկրորդ զույգ ոտքերը և այլ հատվածներին հատուկ կառուցվածքները:
Նկարի աղբյուրը՝ Hox genes of fruit fly, մշակումը՝ ըստ PhiLiP-ի, public domain
Եթե Antennapedia- ն մնա այնտեղ, որտեղ պետք է ու կատարի իր գործը, մենք կստանանք գեղեցիկ, նորմալ տեսք ունեցող պտղաճանճ իր բոլոր հավելումներով՝ ճիշտ տեղում: Բայց ի՞նչ է պատահում, երբ Antennapedia գենը մուտացիայի է ենթարկվում պտղաճանճի գլխում: Մուտացիայի այս տեսակի պատճառով պտղաճանճի ոտքերն աճում են գլխի վրա՝ բեղիկների տեղում: Այլ կերպ ասած, գենը ակտիվացնում է իր նորմալ, երկրորդ հատվածի ոտքերի զարգացման ծրագիրը, բայց ճանճի սխալ հատվածում:1
Նկարի աղբյուրը՝ Antennapedia mutation, մշակումը՝ ըստ toony-ի, CC BY-SA 3.0։ Փոփոխված նկարի արտոնագրի համարն է՝ CC BY-SA 3.0
Պտղաճանճի՝ դրամատիկ ազդեցությամբ հոմեոտիկ մեկ այլ գեն է Ultrabithorax գենը: Այս գենը էքսպրեսիայի է ենթարկվում կրծքի երրորդ հատվածում, որը կրում է պտղաճանճի հետին զույգ ոտքերը: Ultrabithorax-ի էքսպրեսիան պտղաճանճի այս շրջանում սկսվում է զարգացման սկզբից և շարունակվում է ճանճի ողջ կյանքի ընթացքում:
Նկարի աղբյուրը՝ Hox genes of fruit fly, մշակումը՝ ըստ PhiLiP-ի, public domain
Թևերը, սովորաբար, առաջանում են միայն կրծքային մասի երկրորդ հատվածում, ոչ թե երրորդում, ինչն առաջացնում է փոքր կառուցվածքներ, որոնք կոչվում են հետնաթևիկներ, որոնք օգնում են ճանճի հավասարակշռությանը: Ultrabithorax-ի գործը երկրորդ հատվածի էքսպրեսիան ճնշելն է և երրորդ հատվածում թևերի ձևավորումը: Երբ Ultrabithorax-ն ակտիվանում է զարգացող երրորդ հատվածում մուտացիաների պատճառով, հետնաթևիկները վերափոխվում են թևերի երկրորդ շարքի, որոնք տեղակայվում են նորմալ թևերի հետևում:1
Նկարի աղբյուրը՝ Drosophila melanogaster, մշակումը՝ ըստ Madboy74-ի (CC0/public domain)՝ հիմնված P. A. Otto-ի համանման նկարի վրա2

Պտղաճանճի Hox գեները․ ակնարկ

Antennapedia- ն և Ultrabithorax-ը պտղաճանճի միակ հոմեոտիկ գեները չեն: Իրականում, տարբեր հոմեոտիկ գեների մի ամբողջ շարք գործում է պտղաճանճի մարմնի տարբեր մասերում՝ ապահովելով, որ յուրաքանչյուր հատված ստանա իր ճիշտ ինքնությունը: Այս գեները, սովորաբար, էքսպրեսիայի են ենթարկվում իրենց իսկ կողմից կարգավորվող հատվածներով՝ սկսած սաղմնային զարգացման սկզբից և հետո էքսպրեսիայի են ենթարկվելով հասուն պտղաճանճի օրգանիզմում։
Ստորև ներկայացված տրամագիրը ցույց է տալիս պտղաճանճերի ութ հիմնական հոմեոտիկ գեներ: Տրամագրի վերին մասը ցույց է տալիս, թե որտեղ է ամեն գենը առավելապես էքսպրեսիայի ենթարկված հասուն պտղաճանճի օրգանիզմում, իսկ տրամագրի ստորին մասը ցույց է տալիս, թե որտեղ են տեղակայված գեները քրոմոսոմում: Քրոմոսոմի վրա գեների կարգը քիչ թե շատ արտացոլում է դրանց էքսպրեսիայի կարգը պտղաճանճի գլխապոչային առանցքի երկայնքով:
Այս (//) նշանը քրոմոսոմում ցույց է տալիս, որ գեների այս երկու խմբերը առանձնացված են երկար հատվածով, որը ցույց չի տրված: Նկարի աղբյուրը՝ Hox genes of fruit fly, մշակումը՝ ըստ PhiLiP-ի, public domain
Որո՞նք են կոնկրետ այդ հոմեոտիկ գեները: Յուրաքանչյուր գեն կոդավորում է տրահնսկրիպցիայի գործոն, որն էքսպրեսիայի է ենթարկվում ճանճի որոշակի հատվածում՝ սկսած դրա զարգացման սկզբից՝ որպես սաղմ: Տրանսկրիպցիայի գործոնները փոխում են թիրախային գեների էքսպրեսիան՝ յուրաքանչյուր հատվածի համար գենետիկ «ծրագիր» ստեղծելու համար:
Տրամագրում ցույց տրված հոմեոտիկ տրանսկրիպցիայի գործոնները պարունակում են ԴՆԹ-կապող սպիտակուցի հատված, որը կոչվում է հոմեոդոմեն, որը կոդավորված է DNA հատվածով, որը կոչվում է homeobox՝ հոմեոտուփ: Քանի որ դրանք պարունակում են հոմեոտուփ, այս դասի հոմեոտիկ գեները երբեմն կարճ կոչվում են Hox գեներ:

Ինչպե՞ս են ակտիվանում պտղաճանճի Hox գեները

Hox գեները պետք է շատ լավ կարգավորվեն: Ինչպես սովորեցիր վերևում, մի փոքր թերի կարգավորումը կարող է հանգեցնել այնպիսի փոփոխությունների, ինչպիսիք են լրացուցիչ թևերը կամ ոտքերը բեղիկների փոխարեն. Երկուսն էլ բավականին վատ ազդեցություն կունենան վայրի բնության մեջ պտղաճանճի գոյատևման համար: Այսպիսով՝ ինչպե՞ս են այդ գեներն էքսպրեսիայի ենթարկվում զարգացող սաղմի ճիշտ մասերում:
Այս հարցին պատասխանելու համար եկ արագ դիտարկենք պտղաճանճերի սաղմի զարգացման վաղ փուլերը: Պտղաճանճի ձվաբջջում պարունակվող գենետիկ օրինաչափությունները մինչև անգամ սաղմի առաջանալը, տեղեկություն են պարունակում պտղաճանճի մարմնի կառուցվածքի մասին: Զարգացման ընթացքում պտղաճանճի մարմինը նախ շատ ընդհանուր կերպով է գծագրվում՝ սկսած նրանից, թե գլուխը որտեղ է, իսկ պոչը որտեղ: Այնուհետև կառուցվածքն աստիճանաբար մշակվում է՝ նախ լայն հատվածների, ապա ավելի փոքր հատվածների և վերջապես առաջանում են մարմնի իրական հատվածները:
Այս գործընթացին մասնակցում են գեների տարբեր դասեր, որոնց էքսպրեսիան ավելի նեղ և առանձնահատուկ է: Ընդհանուր առմամբ, ավելի վաղ գործող խմբերը կարգավորում են հետագա գործող խմբերին՝ մոլեկուլային դոմինոյի էֆեկտի նման: Hox գեները այս կասկադում գեների գործունեության շնորհիվ ակտիվանում են հատուկ վայրերում:
Վաղ զարգացման կասկադի գեներին են պատկանում․1,2
  • Մայրական գեները այն գեներ են, որոնց տՌՆԹ-ներն անցնում են ձվաբջջի մեջ դեռ բեղմնավորումից առաջ: տՌՆԹ-ների մի մասը «կապված է» սաղմի գլխային կամ պոչային ծայրին և պատասխանատու են գլխապոչային բևեռայնությունը հաստատելու համար: Մայրական գեները կոդավորում են տրանսկրիպցիայի կամ տրանսլյացիայի կարգավորիչներին, որոնք վերահսկում են միմյանց, ինչպես նաև այլ գեների:1
    Նկարի աղբյուրը՝ Figure 6. Module Predictions within the Segmentation Gene Network, մշակումը՝ ըստ Mark D. Schroeder-ի և այլոց3, CC BY 4.0
  • Թերություն առաջացնող գեներն այդպես են կոչվում, քանի որ եթե այդ գեները բացակայում են մուտացիայի պատճառով, պտղաճանճի թրթուրում բացակայում է նորմալ հաջորդականության մի մեծ մաս։1,4 Թերություն առաջացնող գեներն ակտիվանում են մայրական գեների կողմից կոդավորվող սպիտակուցների միջև փոխազդեցության շնորհիվ և նաև կարգավորում են միմյանց: Դրանք պատասխանատու են պտղաճանճի մեծ և բազմաթիվ հատվածները որոշելու համար, որոնք բացակայում են գենի մուտացիայի ժամանակ:
    Նկարի աղբյուրը՝ Figure 6. Module Predictions within the Segmentation Gene Network, մշակումը՝ ըստ Mark D. Schroeder-ի և այլոց3, CC BY 4.0
  • Զույգի կանոնով գործող գեները ակտիվանում են թերություն առաջացնող գեների միջև փոխազդեցությունների արդյունքում, և դրանց էքսպրեսիայի օրինաչափությունները ճշգրտվում են միմյանց հետ փոխազդեցության արդյունքում: Դրանք հայտնվում են սաղմի երկայնքով բազմաթիվ «շերտերով», որոնք նման են հասուն պտղաճանճի հատվածներին, բայց փոքր-ինչ ճյուղավորվում են։5 Երբ մուտացիայի պատճառով զույգ կանոնով գործող գենը բացակայում է, հատվածների շրջաններում կառուցվածքների կորուստ է նկատվում։
    Նկարի աղբյուրը՝ Figure 6. Module Predictions within the Segmentation Gene Network, մշակումը՝ ըստ Mark D. Schroeder-ի և այլոց3, CC BY 4.0
Այսպիսով՝ որտե՞ղ են ի հայտ գալիս Hox գեները: Hox գեներն ակտիվանում են թերություն առաջացնող գեների և զույգի կանոնով գործող գեների սպիտակուցային արտադրանքների միջոցով: Նրանց էքսպրեսիայի ձևերը ճշգրտվում են՝ այս գեների արտադրանքով և այլ Hox սպիտակուցների հետ փոխազդեցության շնորհիվ՝ սաղմի զարգացման ընթացքում:
Նկարի աղբյուրը՝ Figure 6. Module Predictions within the Segmentation Gene Network, մշակումը՝ ըստ Mark D. Schroeder-ի և այլոց3, CC BY 4.0

Բազմաթիվ կենդանիներ ունեն Hox գեներ

Hox գեները բնորոշ չեն միայն պտղաճանճերին: Իրականում, Hox գեները հայտնաբերված են կենդանիների շատ տարբեր տեսակների՝ ներառյալ մկների և մարդկանց մոտ: Այո, դու ունես քո սեփական Hox գեները: Համանման Hox գեների առկայությունը տարբեր տեսակների մոտ արտացոլում է նրանց ընդհանուր ծագումը։ Hox գենի կլաստերը, ամենայն հավանականությամբ, արդեն առկա էր մկների, ճանճերի, մարդկանց և այլ կենդանիների խմբերի ընդհանուր նախնիների մոտ:
Hox գեները ոչ միայն հայտնաբերված են կենդանիների շատ տարբեր տեսակների մոտ, այլ նաև հակված են նույն դասավորվածությունն ունենալ այս բոլոր տեսակների քրոմոսոմների վրա: Ինչպես ճանճերի մոտ, այս դասավորվածությունը մոտավորապես քարտեզագրում է մարմնի այն մասերը, որոնց զարգացումը վերահսկվում է յուրաքանչյուր գենի կողմից: Քանի որ դա այդպես հետևողական է, գիտնականները կարծում են, որ դա, ամենայն հավանականությամբ, պատահականություն չէ և կարող է ունենալ գործառնական նշանակություն:5
Ողնաշարավոր կենդանիների մոտ, ինչպիսին են մարդիկ և մկները, Hox գեները կրկնօրինակվել են էվոլյուցիոն պատմության ընթացքում և այժմ գոյություն ունեն որպես A և D պիտակավորված չորս նմանատիպ գեների խմբեր.
Նկարի աղբյուրը՝ Features of the animal kingdom: Figure 4, մշակումը՝ ըստ OpenStax College, Biology-ի, CC BY 4.0՝ հիմնված Lappin-ի և այլոց փոփոխությունների վրա։6
Ընդհանուր առմամբ, տարբեր գեների տարբեր կլաստերները միասին աշխատում են՝ գլխապոչային առանցքի երկայնքով մարմնի հատվածների ինքնությունը հաստատելու համար: Այսինքն՝ կլաստերի սկզբի գեները (տրամագրում մեկին ամենամոտը), հակված են ճշտել կառուցվածքները օրգանիզմի գլխավերևում, իսկ կլաստերի վերջում գտնվող գեները (տրամագրում 13-ին մոտ) հակված են որոշելու պոչային մասին մոտ գտնվող կառույցները:
Սակայն, գեների կրկնօրինակումը թույլ է տվել որոշ Hox գեների ավելի մասնագիտացված դերեր ստանձնել: Օրինակ՝ կլաստերի վերջում գտնվող բազմաթիվ Hox գեներ գործում են հատուկ ողնաշարավոր վերջույթների՝ ձեռքերի, ոտքերի կամ թևերի զարգացման համար, ինչպես ցույց է տրված վերևում պատկերված տրամագրում: Մարդկանց մոտ HoxD13-ի մուտացիաները կարող են առաջացնել սինպոլիդակտիլիա կոչվող գենետիկ վիճակ, երբ մարդիկ ծնվում են լրացուցիչ կամ իրար միաձուլված մատներով:7
Նկարի աղբյուրը՝ Synpolydactyly, մշակումը՝ ըստ S. Malik-ի, CC BY 2.0, բնօրինակը՝ Malik-ի և այլոց տպագրած աշխատանքից։3
Hox կլաստերը հիանալի օրինակ է այն բանի, թե ինչպես զարգացմանը մասնակցող գեները կարող են և՛ պահպանվել, և՛ փոփոխվել էվոլյուցիայի միջոցով, մասնավորապես, երբ դրանք կրկնօրինակվում են: Hox գեները ցույց են տալիս նաև, թե որքան հզոր կարող է լինել զարգացման գենը, հատկապես, երբ դա տրանսկրիպցիայի գործոն է, որը միացնում կամ անջատում է շատ թիրախային գեների՝ որոշակի գենետիկ «ծրագիր» ակտիվացնելու համար:

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Առայժմ հրապարակումներ չկան։
Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: