Г. Гаструляция у млекопитающих 6 page

Имеются участки ДНК, называемые энхансерами. Они могут располагаться на значительном расстоянии (за тысячи пар нуклеотидов) от регулируемых генов и контролировать работу не одного конкретного, а целой группы определенных генов. Энхансеры связываются с комплексами белков и либо усиливают, либо подавляют транскрипцию данного структурного гена. В последнем случае энхансеры выполняют функцию сайленсеров. Воздействие энхансера на конкретный ген осуществляется благодаря изгибу расположенного между ними участка ДНК, в результате чего комплекс энхансер-белки устанавливает непосредственный контакт со структурным геном в области промотора (см. рис. 2-36). Изгиб становится возможен вследствие деконденсации участка ДНК, расположенного между энхансером и контролируемым им геном.

Еще один механизм избирательной транскрипции структурных генов в дифференцирующихся клетках связан с пространственной организацией хромосом в интерфазных ядрах. Так, при дифференцировке В -лимфоцитов гены CD2, CD4, CD8-alpha, CD19, CD45-lambda5 включаются в состав гетерохроматина, в результате чего их экспрессия подавляется. Такое включение осуществляется с помощью белка Ikaros, который специфически связывается с промоторами соответствующих генов и тем самым «рекрутирует» их в состав гетерохроматина.

Другой фактор, влияющий на активность и, возможно, на специфичность транскрипции — размер петлеобразных участков ДНК — доменов, возникающих при прикреплении молекулы к ядерному матриксу (см. раздел 2.4.3.2). У шпорцевой лягушки до 12-го деления дробления транскрипции на генах зародыша не происходит, и петли хроматина не имеют постоянных точек фиксации на ядерном матриксе. С началом экспрессии собственного генома места прикрепления названных петель точно фиксируются. По ходу развития размер хроматиновых петель, как правило, увеличивается. Кроме того, во всех клетках одного направления дифференцировки выявлены одинаковые петли ДНК, что позволяет сделать вывод о сохранении в ряду клеточных делений специфической организации доменов, разделенных зонами прикрепления. Предполагается, что при образовании петель могут фиксироваться позиции различных регуляторных элементов и их мишеней — структурных генов, способствуя их взаимодействию либо, наоборот, исключая его.

Регуляция процессинга РНКсовсем недавно обозначалась как посттранскрипционная (см. 2.4.5.5). Считалось, что она осуществляется лишь после окончания транскрипции. По современным данным процессы «созревания» пре-и(м)РНК протекают котранскрипционно.

Один из широко представленных в процессинге и(м)РНК механизмов — альтернативный сплайсинг. Только что транскрибированная молекула пре-и(м)РНК состоит не только из участков, несущих генетическую информацию (соответствуют экзонам ДНК), но и из некодирующих «вставок» (соответствуют интронам ДНК). Еще в ходе транскрипции участки, соответствующие интронам, удаляются из новосинтезированной пре-и(м)РНК. Оставшиеся участки, соответствующие экзонам, соединяются в различных комбинациях, в результате чего из одной молекулы пре-и(м)РНК образуется несколько вариантов молекул функционально зрелых и(м)РНК, кодирующих различные белки (изоформы белка) (см.2.4.5.5, рис. 2-35 и 8-25). Так, в результате альтернативного сплайсинга первичного транскрипта гена кальцитонина образуются две различные зрелые (готовые к участию в процессе трансляции соответствующих полипептидов на полисомах) и(м)РНК. В итоге в клетках щитовидной железы названный ген экспрессируется в виде гормона кальцитонина, а в клетках гипофиза — в виде нейропептида CGRP, причем образование указанных пептидов совпадает с разными направлениями клеточной дифференцировки в указанных органах. Анализ сотен миллионов фрагментов РНК из разных тканей и органов человека показал, что до 60%, а по некоторым данным, до 94% структурных (транскрибируемых и транслируемых, экспрессируемых) генов подвергаются альтернативному сплайсингу, причем в разных тканях производятся разные наборы изоформ белков. Благодаря альтернативному сплайсингу разнообразие белков в организме млекопитающих значительно выше, чем у низших животных (беспозвоночных многоклеточных и одноклеточных эукариот), хотя количество структурных генов вполне сопоставимо (см. 1.5).

Среди генов, сплайсинг которых отличается строгой тканеспецифичностью (в клетках одной ткани всегда или почти всегда синтезируется только одна изоформа белка), как правило, повышена доля генов-регуляторов индивидуального развития, обмена веществ, межклеточных взаимодействий и передачи сигналов. Можно заключить, что от активности именно этих генов (выполняющих регуляторные, сервисные, конценсусные, но не структурные функции, то есть не кодирующие аминокислотные последовательности полипептидов) зависят морфологические, цитохимические (метаболические) и функциональные различия между клетками разных направлений цитодифференцировки, а т акже редактирование (англ., editing) зрелой и(м)РНК, заключающееся во внесении изменений в молекулу РНК в виде замены, вырезания и/или вставки нуклеотидов, что позволяет синтезировать на отредактированных матрицах иные полипептиды.

Достаточно хорошо изучен процесс редактирования и(м)РНК белка аполипопротеина В (АроВ) млекопитающих, участвующего в обмене липидов. Обнаружены две формы AроB, кодируемые одним и тем же геном, но образующиеся в результате редактирования двух разных AроB -и(м)РНК. Протяженность более длинной и(м)РНК, транскрибируемой на названном гене, и кодирующей белок ApoB100, составляет 14 тыс. оснований. В экзоне 26 глутаминовый кодон ЦAA вследствие редактирования соотваетствующей и(м)РНК превращается в нонсенс-кодон УAA, что приводит к образованию более короткой и(м)РНК (длиной в 7 тыс. оснований). В результате трансляции этой укороченной и(м)РНК образуется укороченный белок AроB48. Полноразмерный белок АроВ100 синтезируется в клетках печени и вовлечен в транспорт эндогенно синтезированных триглециридов и холестерола, тогда как АроВ48 образуется в клетках кишечника и задействован в транспорте жиров, поступающих с пищей и всасывающихся в кишечнике.

Помимо приведенных выше механизмов, способных “работать” на избирательную экспрессию генов, существует еще один, связанный с транспортом и(м)РНК из ядра в цитоплазму. У млекопитающих, например, лишь около 5% синтезированной РНК покидает ядро и транспортируется в цитоплазму., Каким образом происходит отбор молекул РНК, подлежащих транспортировке, достоверно неизвестно. Можно, однако, предположить, что принципиальная роль в названном отбдоре принадлежит белкам, в частности, ядерных информосом (см. 2.4.5.5).

Общий пример регуляции процесса трансляции — блок трансляции заготовленных в оогенезе и(м)РНК. На стадии дробления эмбриогенеза и(м)РНК материнского поисхождения используется в трансляции не сразу повсеместно, а по определенной пространственно-временной программе. Снятие блока трансляции с временно инактивированных и(м)РНК материнского происхождения (и не только) достигается, в том числе, добавлением большого количества адениловых групп на 3'-конце молекул и(м)РНК (полиадениловый “хвост” – см. 2.4.5.6-а). Полиаденилирование происходит у многих эукариотических организмов и является крайне консервативным (в эволюционном плане) механизмом регуляции функционирования и(м)РНК, особенно на ранних стадиях развития. Полиаденилирование осуществляется двумя ферментами - поли(А)-полимеразами (PAP), одна из которых находится в ядре, а другая локализована в цитоплазме.

Инактивацию и/или стабилизацию и(м)РНК, образуемых для нужд зародыша, но в ово(оо)цитах обеспечивают определенные белки, например FRGY 2 у шпорцевой лягушки или p 50 у кроликов, участвующие в запасании таких и(м)РНК в виде рибонуклеопротеиновых частиц —ядерных и цитоплазматических информосом (см. 2.4.5.5). Как правило, и(м)РНК, синтезируемые для нужд зародыша в ово(оо)цитах, образуются на участках, соответствующих эволюционно ультраконсервативным областям ДНК, которые абсолютно идентичны у разных групп млекопитающих, в частности, у человека и мыши. Так, таким образом происходит регуляция экспрессии генов, кодирующих белки, которые принимают участие в альтернативном сплайсинге.

К эпигенетическим процессам, регулирующим активность генов на уровне транскрипции, следует отнести также метилирование-деметилирование различных участков ДНК. Метилирование — состоит в присоединении метильной группы к цитозину, наблюдаемое в том случае, если рядом с ним находится гуанин, т.е. цитозин присутствует в составе динуклеотидов ЦГ. У млекопитающих в соматических клетках взрослого организма метилирование ДНК обычно происходит в последовательностях длиной 1000–2000 пар — CрG -островках, в которых содержание динуклеотидов ГЦ в 10–20 раз выше, чем в среднем по геному. CрG -островки присутствуют в 5' регуляторных областях многих генов. Их метилирование препятствует взаимодействию регуляторных белков (факторов транскрипции) с промотором и блокирует активность генов. Обратный процесс — деметилирование приводит соответственно к деблокированию активности генов.

В период имплантации, когда наблюдается обособление зародышевых листков, запускается процесс установления тканеспецифичного метилирования. При этом уровень метилирования ДНК в клетках трофобласта возрастает незначительно, в то время как ДНК клеток-производных внутренней клеточной массы, дающих начало эмбриональным структурам, подвергается существенному метилированию. Возрастающая плотность метилирования коррелирует с последующим сужением спектра возможных путей дифференцировки клеток. “Рисунок” или паттерн метилирования оказывается специфическим для данного типа клеток и способствует поддержанию устойчивости дифференцировки этих клеток. У человека за процесс метилирования ДНК отвечают ферменты ДНК-метилтрансферазы (DNMT1, DNMT3a, DNMT3b). DNMT3a и DNMT3b — это метилтрансферазы, которые предположительно осуществляют формирование “рисунка” (паттерна) метилирования ДНК на ранних стадиях развития. DNMT1 является, тоже предположительно, ферментом, поддерживающим метилирование ДНК на более поздних стадиях развития организма и, в частности, отвечающим за присоединение метильной группы на дочерней (синтезируемой) цепи биспирали при репликации ДНК.

Одно из наиболее значимых связанных с механизмом метилирования ДНК открытий в области регуляции генной экспрессии в раннем периоде онтогенеза млекопитающих и. следовательно, могущих иметь отношение к обеспечению дифференциальной активности генов как основе дифференцировки соматических клеток в индивидуальном развитии организма — установление феномена перепрограммирования генома. На стадии дробления отмечается практически тотальное деметилирование генома, (за исключением импринтированных локусов - см. раздел 4.1.1), в результате чего происходит активация подавляющего большинства, если не всех генов. Предполагается, что подобные преобразования генома существенны для обеспечения тотипотентности зиготы. В дальнейшем развиии наблюдается метилирование участков ДНК, которое нередко носит тканеспецифичный характер (см. также 8.2.5.1 и здесь же, выше).

Изменение доступности промоторов для белков, участвующих в транскрипции, и, следовательно, обеспечение избирательной экспрессии генов достигается также благодаря ацетилированию гистонов. Гистоны химически модифицируются при участии ферментов ацетилтрансфераз на тех промоторах, которые требуется активировать. Деацетилирование гистонов, в частности, Н 4, ремоделирует структуру хроматина, повышая степень его компактизации (то есть вызывает гетерохроматизацию), что приводит к репрессии транскрипции.

Проблема избирательной экспрессии генов решается также на уровне трансляции. Даже при одинаковом наборе зрелых и(м)РНК клетки могут различаться между собой по времени начала и по скорости трансляции (то есть образования соответствующих белков или полипептидов). Задержка в начале трансляции и(м)РНК материнского происхождения отмечена, например, при дифференцировке эритроидных, сперматогенных и других специализированных типов клеток. Изменение скорости трансляции наблюдается в ходе дифференцировки клеток хрусталика куриного зародыша: на 6-е сутки эмбрионального развития на 1 молекулу и(м)РНК синтезируется в 5 раз больше белка a-кристаллина, чем на 19-е сутки.

Недавно был описан механизм блока процесса трансляции путем разрушения соответствующих и(м)РНК, основанный на феномене РНК-интерференции. Названный механизм состоит в том, что на определенной стадии эмбриогенеза благодаря активности определенных генов и последующему процессингу возникают короткие (длиной 21–28 нуклеотидов) молекулы РНК, которые, связываясь с комплементарными участками известных и(м)РНК, делают невозможным синтез соответствующих белков молекулы. Интерферирующие малые РНК, метящие определенные и(м)РНК, нередко приводят к их деградации Феномен РНК-интенференции, будучи впервые установленным на таком объекте, как круглый червь С.elegans, в настоящее время найден в клетках многих эукариот, включая человека, в том числе в яйцеклетках насекомых.

После завершения трансляции и образования полипептида осуществляется посттрансляционая регуляция экспрессии гена. Вновь синтезированный полипептид, прежде чем стать функционально активным, проходит многочисленные превращения, например, отщепление фрагментов, различные химические модификации, например добавление ацильных. фосфатных или углеводных групп (ацетилирование, фосфорилирование и гликозилирование), изменение третичной структуры, образование в ряде случаев четвертичной структуры из нескольких субъединиц, наконец, так называемую «адресацию» — перемещение к месту окончательного функционирования.

Время и место посттрансляционных превращений, как правило, строго определены. Временная задержка посттрансляционных модификаций может быть достаточно большой. Например, фермент тирозиназа появляется у зародышей амфибий еще в раннем эмбриогенезе, но переходит в активную форму лишь после вылупления зародыша. Роль посттрансляционных модификаций в регуляции клеточной дифференцировки изучена далеко недостаточно, но предполагают, что она весьма значительна.

Представленные выше механизмы регуляции экспрессии генов дают представление, каким образом через феномен избирательной активности разных генов в ходе индивидуального развития может осуществляться процесс дифференцировки различных типов клеток. При этом следует иметь в виду, что избирательной экспрессии подвергаются, как правило, не отдельные гены, а целые группы (блоки) генов, обеспечивающие специфическую дифференцировку клеток конкретного типа. После активации блока генов их экспрессия поддерживается на определенном уровне. Этим может быть объяснена высокая устойчивость дифференцированного состояния многих типов клеток.

Тем не менее, формирование в ходе индивидуального развития целостного организма не сводится только к приобретению клетками конкретных клеточных групп специфических морфофункциональных черт, соответствующих определенному направлению цитодифференцировки. В связи с отмеченным можно думать. что применительно к многоклеточному организму клеточная дифференцировка неотрывна от более высоких, в сравнении с клеточным, уровней регуляции онтогенеза.

8.2.6. Гетерогенность яйцеклетки как один из факторов и основа клеточной дифференцировки в развитии

Зрелая яйцеклетка, которую Т.Г. Морган справедливо считал самой дифференцированной клеткой в многоклеточном организме, представляет собой мозаичную, высокогетерогенную систему (см. также 7.2.2). Один из процессов, приводящий к гетерогенности яйцеклетки — ово (оо) плазматическая сегрегация.

Неравномерное распределение компонентов цитоплазмы в яйцеклетке можно обнаружить уже на стадии созревания (см. 7.2). Ово(оо)плазматическая сегрегация связана с феноменом поляризации яйцеклетки. Сегрегация цитоплазмы подробно изучена в созревающем яйце дрозофилы. Неоднородность цитоплазмы яйцеклеток определяется действием ряда факторов и возникает, в том числе, вследствие неравного положения ее полюсов относительно клеток (фолликулярных) материнского организма, ее окружающих. К переднему (анимальному) полюсу яйцеклетки примыкают фолликулярные клетки, которые продуцируют, в частности, и(м)РНК белка bicoid. Эта и(м)РНК транспортируется из фолликулярных клеток в яйцеклетку еще до оплодотворения. Соответственно, устанавливается ее градиент концентрации с максимумом на переднем конце яйцеклетки, что обусловливает в дальнейшем развитие здесь головных структур. К заднему (вегетативному) полюсу яйцеклетки примыкают фолликулярные клетки, которые доставляют в эту область яйца и(м)РНК, считанную (транскрибированную) с гена nanos. Вследствие образования задне-переднего градиента концентрации белка nanos происходитформирование структур заднего конца зародыша (рис. 8-26). Таким образом, еще в неоплодотворенной яйцеклетке дрозофилы формируется передне-задняя ось будущего организма. Аналогично задается и дорсо-вентральная ось. Вещества, формирующие в теле зародыша отчетливые концентрационные градиенты, влияющие на процессы развития (в частности на характер клеточных изменений), называют морфогенами. Обращает внимание, что градиенты морфогенов в яйцеклетке дрозофилы создаются благодаря активности окружающих яйцо фолликулярных клеток материнского организма (в частности. – транскрипции их определенных генов). Такие гены получили название «генов с материнским эффектом».

Рис. 8-26. Распределение морфогенов по продольной оси яйца дрозофилы

Большинство запасенных в яйцеклетке и(м)РНК первоначально находится в

неактивном состоянии в комплексе с белками в виде цитоплазматических (см.

также 2.4.5.5) информосом. Неактивные и(м)РНК могут быть распределены в

цитоплазме равномерно. Возникновение белковых градиентов происходит

вследствие неравномерной активации и(м)РНК (неодновременного включения их в

трансляцию). Механизмы такой активации не вполне понятны, но могут быть

различными. Один из них заключается, по-видимому, в фиксации и(м)РНК

материнского происхождения на цитоплазматическом матриксе разных зон

яйцеклетки. Есть мнение, что транслируются только локализованные и(м)РНК,

тогда как нелокализованные разрушаются. Другие механизмы избирательной

трансляции и(м)РНК, о которых идет речь, включаются позже и связаны с

перемещениями цитоплазмы вследствие оплодотворения (см. 7.3).

Проникновение сперматозоида в яйцеклетку в момент оплодотворения и последующее движение его пронуклеуса приводит к усилению ово(оо)плазматической сегрегации. В яйце наблюдаются сложные перемещения цитоплазмы вследствие чего она становится еще более неоднородной. Этот процесс хорошо заметен в тех случаях, когда разные участки цитоплазмы содержат гранулы веществ разной окраски Так, в яйце асцидии серая цитоплазма центральной части окружена кортикальным слоем, содержащим желтые липидные включения. На анимальном полюсе располагается светлая цитоплазма с ядерным материалом. Сразу после оплодотворения цитоплазма яйца перемещается так, что кортикальный ее слой формирует желтый серп, расположенный между экватором клетки и вегетативным полюсом (рис. 8-27).

Рис. 8-27. Сегрегация цитоплазмы в яйце асцидии Styela partita. а — до оплодотворения, б — после оплодотворения. 1 — кортикальная цитоплазма с желтыми липидными включениями, 2 — цитоплазма, содержащая желток, 3 — светлая цитоплазма с ядром ооцита, 4 — желтый серп, 5 — цитоплазма с желтком, 6 — серый серп, 7 — анимальная светлая цитоплазма, 8 — хорион.

Перемещения цитоплазмы вследствие оплодотворения хорошо заметны и в яйцеклетке амфибий. В ней слой темного пигмента меланина первоначально покрывает все анимальное полушарие. После проникновения сперматозоида поверхностный — кортикальный — слой цитоплазмы, толщиной в несколько микрометров, поворачивается примерно на 30^о относительно внутренней массы желтка в направлении, которое зависит от места проникновения сперматозоида. В результате этого у некоторых амфибий против места проникновения спермия появляется серповидная слабопигментированная область, названная серым серпом, в которойв ходе гаструляции, возникает дорзальная губа бластопора. Вследствие всех указанных перемещений цитоплазмы формируются оси зародыша. Сторона, где формируется серый серп, становится дорзальной, а противоположная, где происходит вхождение сперматозоида — вентральной. Анимально-вегетативная ось соответствует головно-хвостовой оси будущего зародыша (см. рис. 7-3).

Перемещения цитоплазмы вслед за проникновением спермия в яйцеклетку также создают условия, способствующие реализации избирательной трансляции и(м)РНК материнского происхождения. В частности, благодаря, в том числе, названному механизму детерминируется дорсо-вентральная ось зародыша. В ово(оо)генезе у амфибий на вегетативном полюсе яйца запасаются и(м)РНК для белка Xwnt 11. После оплодотворения и поворота цитоплазмы часть этой и(м)РНК перемещается по стороне, противоположной месту вхождения сперматозоида, в направлении анимального полюса. В области серого серпа происходит полиаденилирование молекул и(м)РНК белка Xwnt 11, что приводит к их активации (участию в трансляции). В результате только в этой области яйца образуется соответствующий белок — один из основных дорсализующих факторов. Остальная и(м)РНК для Xwnt 11 в вегетативном полушарии, по-видимому, остается репрессированной. Есть основания считать, что именно поворот цитоплазмы является механизмом, запускающим трансляцию с участием Xwnt 11 и(м)РНК.

Результаты многих экспериментов свидетельствую в пользу того, что в сегрегации цитоплазмы яйца ведущая роль принадлежит цитоскелету. Так, транспорт и(м)РНК, как поступающих из фолликулярных клеток, так и синтезированных в самой яйцеклетке, к месту их локализации в цитоплазме осуществляется на большие расстояния по микротрубочкам, а на малые — по микрофиламентам, то есть по цитоскелетным структурам. Есть мнение, что местом локализации в клетке морфогенетических детерминант может быть кортикальный слой или цитоскелет. Предполагают, что и перемещения цитоплазмы яйца, наблюдаемые после оплодотворения, определяются также цитоскелетом. В частности, в этом процессе возможно активное участие центриоли сперматозоида и отходящих от нее микротрубочек. С помощью нарушающего сборку микротрубочек колхицина удается подавить транспорт и привлечь к транскрипции и(м)РНК. В ходе дробления разные участки цитоплазмы зиготы, содержащие специфический набор веществ, попадают в разные бластомеры. Экспериментами с микроинъекциями частиц коллоидного золота показано, что при дроблении цитоплазма яйцеклетки распределяется между бластомерами, не перемешиваясь. Различия в характере цитоплазмы могут служить регулятором считывания информации с разных генов в разных бластомерах и их потомков, влияя на ход дифференцировки. Цитоплазматические факторы белковой природы, проникая в ядра бластомеров и избирательно активируя или инактивируя конкретные гены, определяют характер считываемой биоинформации ДНК. Полагают, что таким способом морфогенетические детерминанты, разные в различных участках цитоплазмы, контролируют, порой необратимо, предопределенность (детерминированность) бластомера в смысле образования из него клеток определенного направления дифференцировки.

Жесткое, практически однозначное предопределение судьбы бластомеров наблюдается, в частности, у оболочечников (асцидии). У названных животных каждый бластомер ответственен за образование специфического набора тканей личинки. При этом каждая клетка дифференцируется автономно, независимо от окружающих ее клеток. При пересадке в цитоплазму бластомера, лишенного генетического материала (ДНК, ядра), ядра другого бластомера. дальнейшее развитие клетки-реципиента идет по пути того бластомера, чья цитоплазма ему досталась. Удаление у оболочечников каких-либо бластомеров приводит к отсутствию у личинки тех структур, которые в нормальном развитии формируются из удаленных бластомеров, а изоляция определенных групп клеток зародыша приводит к формированию из них характерных структур вне связи с другими клетками. У асцидий после оплодотворения по-разному окрашенные области цитоплазмы яйца распределяются по разным бластомерам, детерминируя их дальнейшую судьбу. Клетки бластулы, унаследовавшие цитоплазму желтого серпа, дают начало мышечным клеткам, цитоплазму серого серпа — образуют хорду и нервную трубку, клетки, наследующие анимальную цитоплазму, становятся эпидермисом личинки, а содержащие желток вегетативной области формируют в ходе развития кишку (см. рис. 8-27).

Жесткая детерминация судьбы бластомеров, определяемая составом веществ попавшего туда участка цитоплазмы яйца, обнаружена у ряда других животных, например, гребневиков, круглых и кольчатых червей, моллюсков. Тип развития животных, дифференцировка клеток которых определяется очень рано в развитии благодаря, прежде всего, ово(оо)плазматической сегрегации, назвается мозаичным.

Помимо ово(оо)плазматической сегрегации в определении судьбы бластомеров на самых ранних этапах развития может принимать участие и другой системный механизм — межклеточные взаимодействия. В этом случае развитие бластомеров в большей степени зависит от их взаимодействий с соседними клетками, межклеточным матриксом, что определяется положением этих бластомеров в зародыше. Подобный тип развития, наблюдаемый у иглокожих и позвоночных, включая плацентарных млекопитающих и человека, назвается регуляционным.

Следует, однако, иметь в виду, что в развитии и мозаичных, и регуляционных зародышей участвуют оба механизма, однако степень их влияния, прежде всего, на результат развития разнится, и основную роль играет один из них. Так, локализация специфических белков или и(м)РНК в определенных областях зиготы не ограничена мозаичными зародышами. Так, анимальные и вегетативные области яиц амфибий (позвоночные животные), имеющих регуляционный тип развития, содержат уникальные и(м)РНК. Кроме того в цитоплазме вентральной области зиготы лягушки выявлена половая детерминанта. Клетки, получающие при дроблении цитоплазму с названной детерминантой, становятся предшественницами половых клеток (гамет). У зародышей ряда животных, раннее развитие которых является в основном регуляционным и определяется межклеточными взаимодействиями, подобные половые детерминанты обнаруживаются. Содержащие их бластомеры в ходе дальнейшего развития дают начало предшественницам гамет (первичным гоноцитам) и мигрируют в закладку гонад.

Гетерогенность яйцеклетки и/или яйца определяется также неоднородностью организации ее плазмолеммы. Так, для овулировавших яйцеклеток млекопитающих характерна своеобразная организация цитоскелета, что в свою очередь приводит к мозаичной организации плазматической мембраны. Основная часть мембраны яйцеклеток названных животных образует микроворсинки и лишь примерно от одной десятой до одной пятой общей поверхности яйцеклетки мыши представлено районом, в котором нет микроворсинок. Под плазмалеммой в этой области яйцеклетоки располагается густая сеть микрофиламентов, а глубже находится мейотическое веретено метафазы II. У других млекопитающих район, не имеющий микроворсинок, также соответствует той области цитоплазмы, где располагается мейотическое веретено.

При оплодотворении спермий может проконтактировать с мембраной яйцеклетки в любом месте, богатом микроворсинками. После этого микроворсинки исчезают, генетический материал спермия попадает в цитоплазму яйцеклетки, а часть мембраны спермия встраивается в месте его проникновения в мембрану яйцеклетки, что способствует возникновению разнородности плазматической мембраны, которая отражается на нескольких делениях дробления. Первые два бластомера имеют одинаковый размер, но не вполне одинаковые характеристики. Во время интерфазы синтез рибосомальной РНК в ядрышках этих бластомеров происходит в разное время, продолжительность фазы репликации ДНК у них также неодинакова. Один из бластомеров содержит в плазмалемме антигены, а в цитоплазме — структурные компоненты хвоста спермия. Предполагается, что именно этот бластомер вступает во второе деление дробления на 20–60 мин раньше другого. Мембранные антигены спермия сохраняются в плазмолеммах у потомков этого бластомера еще на протяжении нескольких делений. Установлено, что потомки именно этого бластомера, который на 2-клеточной стадии делится первым, с большей вероятностью дадут начало развитию внутренней клеточной массы бластоцисты, тогда как потомки запаздывающего при делении бластомера с большей вероятностью станут источником для формирования внезародышевых частей эмбриона.

Таким образом, гетерогенность яйцеклетки не только определяет последующую дифференцировку клеток зародыша, но и обеспечивает развитие зародыша как единой системы.

8.2.7. Межклеточные взаимодействия в индивидуальном развитии

Межклеточные взаимодействия чрезвычайно важны в индивидуальном развитии многоклеточного организма и являются одним из механизмов, обеспечивающих интегрированность развития особи. Названный механизм действует на протяжении всего онтогенеза, но особую значимость имеет на ранних этапах эмбриогенеза, в частности, в период дробления.

Уже на 2-клеточной стадии зародыш представляет собой не совокупность отдельных клеток, а единый организм. Так, немецкий эмбриолог Вильгельм Ру раскаленной иглой разрушал одну из клеток зародыша лягушки на стадии 2-х бластомеров. В ходе дальнейшего развития из оставшегося неповрежденным бластомера формировалась только половина зародыша — полунейрула с полным набором структур правой или левой стороны (рис. 8-28).

Date: 2015-09-05; view: 499; Нарушение авторских прав