8 Hox-генов собраны в два генных комплекса, физически разделенных на одной и той же хромосоме. Они называются кластером антеннапедии (Antennapedia) и кластером биторакса (Bithorax). Эти наименования вдвойне неудачны. Комплекс генов получает название по одному члену этого комплекса, не более значимому, чем остальные. И хуже того, сами гены как обычно названы по тому, что случается, когда они нарушены, а не по их нормальной функции. Было бы лучше назвать их как-то вроде Передний Hox-комплекс и Задний Hox-комплекс. Однако мы придерживамся существующих названий.
Кластер Bithorax состоит из последних трех Hox-генов, названных по историческим причинам, вдаваться в которые я не стану, Ultrabithorax, Abdominal-A и Abdominal-B. Они влияют на формирование задней части животного следующим образом. Сам Ultrabithorax экспрессируется, начиная с сегмента 8, и по всей длине до заднего конца. Abdominal-A экспрессируется с сегмента 10 до конца, а Abdominal-B - с сегмента 13 до конца. Продукты этих генов производятся в уменьшающемся градиенте концентрации по мере того, как мы движемся к заднему концу животного, начинаясь со своих различных отправных точек. Так, сравнивая концентрации продуктов этих 3 Hox-генов, клетка в задней части личинки может узнать, в каком сегменте она находится, и действовать соответственно. Схожая история с формированием переднего конца личинки, где работают 5 Hox-генов из состава Antennapedia.
Hox-ген, таким образом, это ген, чья миссия в жизни - определять положение в теле и информировать другие гены в той же клетке. Теперь мы вооружены для понимания гомеозисных мутаций. Когда что-то идет неправильно, клетки в сегменте оказываются дезинформированы о том, в каком они находятся сегменте, и они строят тот сегмент, в котором "думают", что находятся. Так, для примера, мы видим ногу, растущую на сегменте, на котором в норме растет антенна. Это вполне понятно. Клетки любого сегмента вполне способны собрать анатомию любого другого сегмента. Почему бы и нет? Инструкции для сооружения любого сегмента кроются в клетках каждого сегмента. Именно Hox-гены в нормальных условиях вызывают "правильные" инструкции для создания анатомии, соответствующей каждому сегменту. Как правильно заподозрил Уильям Бейтсон, гомеозисная аномалия открывает окно на то, как работает система в норме.
Клетки «думают», что они находятся в неправильных сегментах. Гомеозисная мутация дрозофилы
Вспомните, что у мух, необычно среди насекомых, в норме есть лишь одна пара крыльев плюс пара гироскопических жужжалец. Гомеозисная мутация Ultrobithorax вводит в заблуждение клетки третьего грудного сегмента, заставляя "думать", что они во втором грудном сегменте. Поэтому они кооперируются для создания дополнительной пары крыльев вместо пары жужжалец (см. рис). Есть мутант мучного хрущака (Tribolium) у которого на всех 15 сегментах развиваются антенны, предположительно потому, что все клетки "думают", что они во втором сегменте.
Это подводит нас к самой удивительной части "Рассказа Дрозофилы ". После обнаружения их у дрозофилы, Hox-гены стали выявляться повсюду: не только у других насекомых, таких как жуки, а почти у всех других животных, у которых их искали, включая нас самих. И, хотя это кажется слишком хорошим, чтобы быть правдой, они очень часто делают то же самое, вплоть до информирования клеток о том, в каком сегменте они находятся, и (более того) они расположены в том же порядке вдоль хромосомы. Давайте обратимся к истории с млекопитающими, которая наиболее подробно изучена на лабораторной мыши - этой дрозофиле мира млекопитающих.
Млекопитающие, как и насекомые, имеют сегментированный или, по крайней мере, модульный, повторяющийся план тела, затрагивающий позвоночник и связанные структуры. Каждый позвонок может рассматриваться как соответствующий одному сегменту, но не только кости ритмично повторяются по мере продвижения от шеи к хвосту. Кровеносные сосуды, нервы, блоки мышц, хрящевые диски и ребра, там, где они есть, все следует повторяющемуся модульному плану. Как и с дрозофилой, эти модули, хотя и следуют дальнеродственной дрозофиле, имеют те же продольные серии у млекопитающих, и было бы определенно подозрительно, если бы обнаружилось, что у ланцетника не так.
Мой коллега Питер Холланд со своей исследовательской группой изучили этот вопрос, и их результаты оправдывают усилия. Да, модульный план строения тела ланцетника управляется (четырнадцатью) Hox-генами, и да, они выстроены в правильном порядке вдоль хромосомы. В отличие от мыши, но так же как у дрозофилы, у него только одна серия, а не 4 параллельных серии. Предположительно весь кластер дуплицировался 4 раза где-то на линии, ведущей от Сопредка 23 к современным животным, что сопровождалось некоторым количеством случайных потерь отдельных генов.
