Language
Country/Area
No result found
Чудо гена Hedgehog: как он определяет план тела плодовых мушек?
В области биологии развития мы часто сталкиваемся с фундаментальным вопросом: как относительно простое яйцо превращается в сложную, упорядоченную структуру тела? Этот вопрос привел к глубокому исследованию гена Hedgehog (Hh) — пути передачи сигнала, который влияет на дифференциацию эмбриональных клеток и необходим для обеспечения нормального развития организмов.
Сигнальный путь Hedgehog играет важную роль в развитии животных и присутствует у всех билатеральных животных.
Ген Hedgehog необходим для развития плодовой мушки (Drosophila melanogaster). Исследования показали, что личинки плодовой мушки, у которых отсутствует ген Hh, принимают форму ежа, что и дало название гену. Ген Hh классифицируется как часть группы «генов сегментной полярности», которые играют важную роль в формировании основы строения тела плодовой мушки. Этот процесс продолжает играть важную роль в эмбриональном развитии и последующем морфогенезе.
По сравнению с плодовыми мушками, у млекопитающих есть три гомолога Hedgehog, а именно Desert (DHH), Indian (IHH) и Sonic (SHH). Из них Sonic Hedgehog является наиболее изученным и также играет важную роль в эмбриональном развитии позвоночных. У мышей с аномальной функцией пути Hedgehog такие органы, как мозг, кости, мышцы, желудочно-кишечный тракт и легкие, не могут нормально развиваться, что привлекло широкое внимание ученых.
Исследования показали, что сигнальный путь Hedgehog также играет важную роль в регуляции поддержания и регенерации взрослых стволовых клеток.
В 1970-х годах Кристиане Нюсляйн-Фольхард и Эрику Вишаусу удалось выделить ген, который влияет на развитие передне-задней оси тела дрозофилы, используя насыщающий мутагенез. Их исследования заложили основу эволюционной биологии развития и были удостоены Нобелевской премии в 1995 году. Впоследствии ген Hedgehog был признан одним из ключевых генов, влияющих на структуру и форму тела плодовых мушек.
Механизм работы сигнального пути Hedgehog довольно сложен и включает в себя множество внутриклеточных белков. Типичным примером у Drosophila является связывание белка Hh с белком Patched (PTCH) на поверхности клетки, а в отсутствие белка Hh PTCH ингибирует активность Smoothened (SMO). Когда Hh связывается с PTCH, он высвобождает SMO, инициирует передачу нисходящих сигналов и в конечном итоге регулирует транскрипцию нисходящих генов.
В процессе развития взаимодействие сигналов Hedgehog и Wingless формирует четкие разграничения в эмбрионе, что влияет не только на сегментацию тела плодовой мушки, но и на формирование конечностей, глаз, мозга, половых желез, развитие кишечного и дыхательного тракта. . Hedgehog также играет важную роль во взрослых организмах, в том числе способствуя пролиферации основных клеток.Когда Hh находится вне клетки, его присутствие может эффективно влиять на соседние клетки. Этот локальный эффект является одной из основных функций Hedgehog.
Аномальная активация пути Hedgehog связана с развитием многих видов рака. Многие исследования указывают на то, что путь Hedgehog играет роль в развитии опухолей во многих органах, таких как мозг, легкие, грудь, простата и кожа. В частности, базальноклеточная карцинома наиболее тесно связана с сигнализацией Hedgehog, а у пациентов обнаружены инактивация ингибитора пути Hh PTCH и активационные мутации агониста SMO.
Поэтому разрабатывается множество препаратов, специально воздействующих на сигнальный путь Hedgehog, в качестве эффективных методов лечения рака.
Взаимосвязь между путем Hedgehog и раком остается сложной; однако очевидно, что аномальная активация пути может привести к пролиферации и инвазии опухолевых клеток. В соответствующих клинических испытаниях ингибиторы сигнального пути Hedgehog, такие как Висмодегиб и Сонидегиб, были одобрены для лечения базальноклеточной карциномы, однако при использовании этих препаратов возникли побочные эффекты и лекарственная устойчивость, и возникла острая необходимость в разработке новых препаратов. наркотики.
Оглядываясь назад на все исследования сигнального пути Hedgehog, мы не можем не задаться вопросом: какие вдохновения и уроки несет в себе эволюция этого сигнального пути для нашего понимания основных принципов биологического развития?
