TY - CONF

T1 - Гомеобоксные гены из класса ANTP в эволюции и развитии

AU - Кулакова, Милана Анатольевна

PY - 2024/10/30

Y1 - 2024/10/30

N2 - Гены из класса ANTP - самые изученные и самые многочисленные гомеобоксные гены животных. Эти гены кодируют гомеодоменные транскрипционные факторы и обладают набором уникальных особенностей, таких, как: кластерность, колинеарность, эволюционная консервативность и последовательная вовлечённость в самые разные дифференцировки на протяжении всего онтогенеза многоклеточных животных. Парадоксально, но современные данные о них скорее преумножают вопросы, чем дают ответы. Известно, что эти гены возникли у первых Metazoa путём тандемных дупликаций предковой последовательности. В течение сотен миллионов лет они сохраняют физическую сцепленность на уровне трёх больших синтений – Hoxкластера и ассоциированных с ним генов (Hox-linked), ParaHox-кластера и NKкластера. Силы, удерживающие гены в кластерах, имеют разную природу (глобальные регуляторные элементы, обобществлённые энхансеры, некодирующие РНК и пр.), не всегда консервативны и ограничено изучены даже на классических моделях. Неизвестно, какой механизм изначально удерживал ANTP-гены вместе. Перестройки внутри синтений – частое явление, однако между локусами трёх основных кластеров они происходят редко и в тех геномах, которые претерпевают быструю структурную эволюцию. Кластеры уже существовали в своём современном виде у последнего общего предка Nephrozoa (все билатеральные животные, кроме Xenacoelomorpha), поскольку синтении ANTP-генов очень похожи между ланцетником и платинереисом. Существовал ли гипотетический «мегакластер ANTP», выросший путём cis-дупликаций родственных генов? И если да – мог ли его распад спровоцировать усложнение многоклеточных животных и их быструю радиацию? Второй комплекс вопросов связан с поэтапной структурной экспансией ANTPгенов, которая совпадает с появлением крупных таксонов. Так, у гребневиков и губок найдены только NK-гены. Кластеры Hox- и ParaHox-генов возникли позже и присутствуют у всех животных, объединяемых в кладу «ParaHoxozoa» (Placozoa, Cnidaria, Bilateria). Они доминируют по числу видов и разнообразию планов организации. Как структурная и функциональная эволюция кластеров соотносится с эволюцией животных? Какие функции появились у новых генов, а какие были унаследованы от NK-предка? Можно ли в принципе ответить на эти вопросы, изучая современных многоклеточных? Удешевление технологий секвенирования даёт некоторую надежду на ответы, потому что вводит в круг моделей множество новых видов. Чем шире этот круг, тем проще вычленить универсальные и частные характеристики древних регуляторных генов. Сейчас стало понятно, что у всех генов ANTP есть общая функция – спецификация нейронов. Однако гомеодоменные факторы в целом имеют тенденцию запускать и поддерживать нейрогенные дифференцировки. Была ли у гомеобоксных генов из ANTP-класса другая универсальная роль в развитии, которая привела к появлению сложных Nephrozoa? В конечном счёте, успех в разрешении больших эволюционных загадок зависит от правильно поставленных вопросов и такие вопросы прозвучат в докладе. Работа поддержана Российским Научным Фондом (РНФ № 23-24-00426). Авторы выражают благодарность РЦ РМКТ, РЦ Культивирования Микроорганизмов (КМ) и ЦКП “Хромас” за помощь.

AB - Гены из класса ANTP - самые изученные и самые многочисленные гомеобоксные гены животных. Эти гены кодируют гомеодоменные транскрипционные факторы и обладают набором уникальных особенностей, таких, как: кластерность, колинеарность, эволюционная консервативность и последовательная вовлечённость в самые разные дифференцировки на протяжении всего онтогенеза многоклеточных животных. Парадоксально, но современные данные о них скорее преумножают вопросы, чем дают ответы. Известно, что эти гены возникли у первых Metazoa путём тандемных дупликаций предковой последовательности. В течение сотен миллионов лет они сохраняют физическую сцепленность на уровне трёх больших синтений – Hoxкластера и ассоциированных с ним генов (Hox-linked), ParaHox-кластера и NKкластера. Силы, удерживающие гены в кластерах, имеют разную природу (глобальные регуляторные элементы, обобществлённые энхансеры, некодирующие РНК и пр.), не всегда консервативны и ограничено изучены даже на классических моделях. Неизвестно, какой механизм изначально удерживал ANTP-гены вместе. Перестройки внутри синтений – частое явление, однако между локусами трёх основных кластеров они происходят редко и в тех геномах, которые претерпевают быструю структурную эволюцию. Кластеры уже существовали в своём современном виде у последнего общего предка Nephrozoa (все билатеральные животные, кроме Xenacoelomorpha), поскольку синтении ANTP-генов очень похожи между ланцетником и платинереисом. Существовал ли гипотетический «мегакластер ANTP», выросший путём cis-дупликаций родственных генов? И если да – мог ли его распад спровоцировать усложнение многоклеточных животных и их быструю радиацию? Второй комплекс вопросов связан с поэтапной структурной экспансией ANTPгенов, которая совпадает с появлением крупных таксонов. Так, у гребневиков и губок найдены только NK-гены. Кластеры Hox- и ParaHox-генов возникли позже и присутствуют у всех животных, объединяемых в кладу «ParaHoxozoa» (Placozoa, Cnidaria, Bilateria). Они доминируют по числу видов и разнообразию планов организации. Как структурная и функциональная эволюция кластеров соотносится с эволюцией животных? Какие функции появились у новых генов, а какие были унаследованы от NK-предка? Можно ли в принципе ответить на эти вопросы, изучая современных многоклеточных? Удешевление технологий секвенирования даёт некоторую надежду на ответы, потому что вводит в круг моделей множество новых видов. Чем шире этот круг, тем проще вычленить универсальные и частные характеристики древних регуляторных генов. Сейчас стало понятно, что у всех генов ANTP есть общая функция – спецификация нейронов. Однако гомеодоменные факторы в целом имеют тенденцию запускать и поддерживать нейрогенные дифференцировки. Была ли у гомеобоксных генов из ANTP-класса другая универсальная роль в развитии, которая привела к появлению сложных Nephrozoa? В конечном счёте, успех в разрешении больших эволюционных загадок зависит от правильно поставленных вопросов и такие вопросы прозвучат в докладе. Работа поддержана Российским Научным Фондом (РНФ № 23-24-00426). Авторы выражают благодарность РЦ РМКТ, РЦ Культивирования Микроорганизмов (КМ) и ЦКП “Хромас” за помощь.

M3 - тезисы

SP - 54

EP - 55

T2 - Всероссийская научная конференция с международным участием, посвященная юбилею академика Б.Л. Астаурова «Генетика и индивидуальное развитие»

Y2 - 29 October 2024 through 31 October 2024

ER -