Мутанты. О генетической изменчивости и человеческом теле. - Леруа Арман Мари - Страница 19

В таком случае неудивительно, что идентичность каждого позвонка контролируется гомеозисными генами, подобно тому как это происходит у дрозофилы при определении порядка сегментов. Конечно, в нашем случае дела обстоят намного сложнее. У плодовых мушек всего лишь восемь гомеозисных генов, а у млекопитающих их тридцать девять – слишком много для иносказательных латинизированных наименований, от которых пришлось отказаться. Никаких там Ultrabithorax или proboscipedia, с нас хватит префикса Hox с последующими незапоминающимися буквами и цифрами: Hoxa3, Hoxd13 и т. д. У млекопитающих, как и у плодовых мушек, гомеозисные гены начинают свою работу на очень ранних стадиях жизни зародыша. Позвонки образуются из блоков мезодермы, называемых сомитами, которые формируются по обе стороны нервного тяжа, как ряды маленьких кирпичиков. Каждый гомеозисный белок присутствует лишь в некоторых из сомитов. Все тридцать девять имеются в хвостовых сомитах, но затем они исчезают, по одному или попарно, так что в конце концов у ближних к голове сомитов их остается совсем немного. Калькулятор для расчета позвонков нельзя назвать экономным. Для 7-го шейного позвонка уравнение выглядит примерно так:

Если мутация разрушит какой-либо из генов, кодирующих эти пять белков, 7-й позвонок трансформируется в своего соседа – 8-й позвонок и приобретет парочку ребер. [79]

Сделать позвонки отличными друг от друга – всего лишь один из примеров проблемы, которую зародышу приходится решать постоянно и которая связана с дифференциацией частей по оси голова-хвост. Эмбрион должен решать эту задачу в отношении нервной трубки, поначалу единообразной, но впоследствии с образующимся на одном конце головным мозгом. Он должен решать ее для костей головы, так чтобы верхняя челюсть формировалась рядом с нижней и к каждой из них прикреплялись бы соответствующие нервы и мышцы. Он должен решать эту проблему и для кишечной трубки, из которой сформируются желудок, печень, поджелудочная железа и кишечник, а также брюшной кровяной сосуд, впоследствии образующий четыре камеры сердца. С такими вот задачами приходится справляться генному калькулятору.

Как он работает у млекопитающих, известно из экспериментов на мышах с делециями одного или более Hox-генов. Эти мыши часто имеют глубокие нарушения. У одних передние конечности странно близко придвинуты к голове, у других отсутствуют части ромбовидного мозга или черепно-мозговые нервы. У некоторых такие грыжи, что кишечник вытесняется в грудную полость или у них не зарастает нервная трубка. У кого-то отсутствует вилочковая, щитовидная и паращитовидные железы, а сердце и лицевая часть головы несут множество аномалий. Некоторые ходят на пальчиках, а не на подошвах стоп, при этом их задние конечности подвержены непроизвольным конвульсиям. Большая часть мышей с делецией хотя бы одного Hox-гена умирает в молодом возрасте. [80]

Полагают, что генный калькулятор подобным же образом работает и у людей. Доказательством тому, хотя и косвенным, служит единственное исследование 1997 года, в котором группа лондонских ученых изучала шесть зародышей, абортированных с помощью пилюли PY-486, "наутро после пилюли". Зародышам было по четыре недели, в длину они достигали 5 миллиметров и все были результатом нежелательной беременности. Ученые пометили их молекулярными датчиками, чтобы обнаружить время и место экспрессии гомеозисных генов. На авторадиограммах окрашенных срезов эмбрионов активность Hox-генов выявлялась в виде зернистых штрихов и белых пятен на темном фоне зарождающихся структур ромбовидного мозга и жаберных дуг. Характер активности Hox-генов был в точности таким, каким его следовало ожидать исходя из опытов на мышах.

Иметь такие результаты важно и приятно. Но это исследование никогда не было повторено. Изучение человеческих эмбрионов – большая редкость. В Соединенном Королевстве подобные изыскания можно проводить, только если преодолены все устрашающие организационные преграды. В Соединенных Штатах их выполнение и вовсе запрещено, по крайней мере для учреждений, финансируемых из федерального бюджета. Авторадиограммы, являющиеся исходным материалом для таких исследований, обладают одним свойством, вызывающим беспокойство. Возможно, это связано с тем, что качество, которое обнаруживается у эмбрионов после смерти, – генная активность, на самом деле является принадлежностью живых существ. [81]

Говоря о "калькуляторе судьбы", я подчеркивал роль тридцати девяти Hox-генов. Но человеческий геном кодирует три тысячи других факторов транскрипции. Подобно сигнальным молекулам, на которые они реагируют, транскрипционные факторы образуют семьи, одну из которых и представляют гомеобоксные гены. Транскрипционные факторы являются компонентами сетей, если хотите – переключателями, которые мобилизуются, когда клетки калькулируют свою будущую судьбу. Этот вычислительный процесс носит поступательный характер, так что первые зародышевые клетки, еще не обученные, но с уймой открывающихся перед ними возможностей, испытывают, пожалуй, наиболее жесткий прессинг относительно того, кем именно они станут.

Некоторые из вычислительных уравнений, например, те, которые работают применительно к позвонкам, в общем, понятны; другие мы только сейчас начинаем узнавать. В 1904 году один тирольский трактирщик зарезал курицу, которая вместе с другими бродила по двору, и обнаружил у нее ни много ни мало как семь сердец. Курьез? Возможно. Однако в 2001 году было установлено, что при удалении у мышей гена под названием β-катенин у эмбриона возникает цепочка дополнительных сердец, каждое из которых бьется и перекачивает кровь. Добавочные сердца образованы из ткани, которая обычно предназначена для кишечника.Так выявляется небольшой кусочек другого уравнения, при решении которого необученные зародышевые клетки становятся эндодермой или мезодермой. [82]Другие нарушения свидетельствуют о наличии уравнений, о которых нам вообще ничего не известно. Например, в глазном веке существует ряд скрытых железок (мейбомиевы железы), которые иногда, хотя и редко, трансформируются в волосяные фолликулы. Дети, у которых утрачены мейбомиевы железы, имеют вместо них два или даже три ряда ресниц на каждом веке. Эта черта передается по наследству, но ген, отвечающий за превращение эпидермиса века в железу, а не в волосяной фолликул, пока что не найден (и кажется сомнительным, чтобы кто-то его искал). [83]

И наконец, существует дезорганизация. Мутантные мыши с донельзя кошмарными и невероятно странными характеристиками стали объектом всего лишь трех научных работ. Три особенности делают дезорганизацию странной. Первая – это масштаб распространения дефектов у мышей, которые ею страдают. Неоправданной жестокостью было бы описание всех деталей внешности этих мышей-мутантов: достаточно сказать, что уродств одного помета хватило бы для заполнения просторного тератологического музея. Тем не менее мутация вовсе не обязательно летальна. Второе странное свойство дезорганизации состоит в том, что двух мышей-мутантов с одинаковым набором дефектов не существует. У некоторых выявляются совершенно ничтожные поражения, и они могут жить и размножаться, другие рождаются изуродованными, но живыми, третьи умирают во чреве. Подобные вариации встречаются даже у одной мыши: левая почка (либо легкое, либо нога) может быть полностью разрушена, а правый аналогичный орган остается по существу нетронутым. И последнее: у мышей-мутантов обнаруживается странная склонность генерировать добавочные части тела – не только конечности (которые могут появляться на теле практически в любом месте), но также дополнительные внутренние органы, такие как печень, селезенка и кишечник. В мышцах и коже мышей имеются, кроме того, странные опухолеобразные структуры, напоминающие остатки лишних органов, которые почему-то не смогли до конца развиться. Существует ли у человека ген дезорганизации? Неизвестно ни одной человеческой семьи со свойствами, похожими на проявления дезорганизации. Однако некоторые медицинские генетики говорят о детях с совершенно непонятным набором врожденных аномалий как возможных носителях передающейся по женской линии мутации. Один такой ребенок – мальчик, родившийся в 1989 году, имел девять пальцев на одной ноге и опухолеобразные разрастания тканей, разбросанные по всему телу. У него имелся также вполне сформированный палец с ногтем, который рос с правой стороны грудной клетки. Ген дезорганизации пока что не найден, но можно быть уверенным, что это вскоре случится. А до того слово имеют мыши. Они рассказывают о некоем важнейшем, глобальном и абсолютно неизвестном компоненте калькулятора судьбы эмбриона, который полностью вышел из строя. [84]