Допущение, что яйцо — это недифференцированная клетка, имеет существенный недостаток: оно ведет к недооценке структурной и функциональной сложности самого яйца. Привычка считать яйцо недифференцированной клеткой невольно приводит к представлению, что постепенно увеличивающееся разнообразие в его потомках должно обеспечиваться сложной последовательностью высокоспецифичных сигналов, а значит, и сложной системой генетических переключений. Действительно, некоторые оптимистически настроенные молекулярные биологи считают даже, что для того, чтобы понять, как происходит дифференцировка, нужно узнать только, когда и какие именно гены активируются. По крайней мере в отношении ранних стадий дифференцировки эта идея кажется очень сомнительной: имеющиеся данные совсем не поддерживают представления о том, что система генетических переключений играет решающую роль в наблюдаемой последовательности событий. Хотя мы располагаем еще сугубо предварительными данными, они тем не менее дают основания считать, что у самых разных организмов вся информация, необходимая для ранних стадий зародышевого развития, оказывается в цитоплазме яйца еще до оплодотворения. Понять, когда в развивающемся зародыше появляются новые генетические инструкции, можно с помощью единственного пока надежного теста — определения времени появления отцовских маркеров. Многие ферменты обладают видовой и даже штаммовой специфичностью, что можно обнаружить по их различной электрофоретической подвижности, чувствительности к температуре или другим физическим свойствам. Если сперматозоид и яйцо принадлежат видам, у которых данный фермент имеет какие-то различия, то анализ свойств фермента, синтезируемого зиготой, позволит установить, когда новая генетическая информация передается в цитоплазму и начинает в ней транслироваться. После того как это произойдет, в зиготе будет синтезироваться не только материнские, но и отцовские ферменты. Несмотря на то что число таких работ еще очень невелико, все они свидетельствуют о том, что отцовские ферменты появляются лишь на сравнительно поздних стадиях зародышевого развития. В яйце морского ежа, по-видимому, все ферменты, участвующие в переваривании оболочки при выходе из нее зародыша, материнского происхождения. У амфибий отцовские ферменты появляются только после того, как у зародыша начинаются мышечные сокращения и сердцебиение; у межвидовых гибридов рыб и птиц отцовские ферменты также появляются только на поздних стадиях зародышевого развития. Несомненно, что когда разработают более чувствительные методы определения отцовских маркеров, их удастся выявить несколько раньше, но и сейчас уже кажется вполне очевидным, что развитие зародыша до сравнительно поздних стадий происходит преимущественно на основе материнской информации, т. е. информации, содержавшейся в цитоплазме яйца еще до образования гетерозиготного ядра. Очевидно, на этих стадиях дифференцировка достигается не путем включения транскрипции определенных структурных генов, а за счет включения программы, уже присутствующей в цитоплазме яйца.
Какого рода сигналы должны быть ответственны за инициацию той или иной программы, заложенной в цитоплазме? Очевидно, специфичность этих сигналов зависит от того, перед сколькими альтернативными программами оказывается клетка в каждый определенный промежуток времени. Если, например, яйцо или его ранние производные способны к выбору самых разных путей развития, то и сигналы, управляющие ранними стадиями эмбриогенеза, должны обладать соответственно высокой специфичностью; но если яйцо (или его ранние производные) в какой-то определенный период времени оказывается перед ограниченным числом возможных программ, то для выбора одной из них достаточно самых простых сигналов с очень низкой специфичностью. По всей вероятности, в действительности число путей, которые клетки могут избрать на ранних стадиях развития, очень невелико и ограничивается лишь возможностью превращения в эктодерму, энтодерму или мезодерму, и только после осуществления этой первичной дифференцировки клетки оказываются перед следующими альтернативными путями развития. Если это и в самом деле так, то следовало бы ожидать, что сигналы, управляющие ранними стадиями дифференцировки, должны иметь очень низкую специфичность; вполне возможно, что и на более поздних стадиях развития высокоспецифичные сигналы не обязательны, поскольку число альтернативных путей, перед которыми клетка оказывается в каждый определенный период времени, совсем невелико. Чрезвычайно сложная дифференцировка может возникнуть под влиянием самых простых сигналов, как это хорошо видно на примере поведения эксплантатов, взятых у кишечнополостного Hydra viridis. Эксплантаты, содержащие только два типа клеток, в соответствующей среде могут регенерировать с образованием целого организма. При исследовании процесса регенерации in vitro оказалось, что направление дифференцировки двух типов клеток определяется ионным составом среды: различный ионный состав среды определяет различные типы дифференцировки. В дифференцировке амфибий на ранних стадиях развития движение электролитов, по-видимому, также играет определенную роль. Наибольшие изменения внутриклеточной концентрации ионов натрия в развивающемся зародыше происходят тогда, когда в бластоцисте образуется полость; и эти перемены сопровождаются изменением метаболизма клеток. Таким образом, возможно, что движение электролитов — это обычная форма сигнала, который инициирует события на ранних стадиях зародышевого развития. По мере продолжения дифференцировки вступает в действие система сигналов, идущих от одной клетки к другой. Пр меры такого типа связей мы видим даже при самых примитивных формах дифференцировки многоклеточных. Например, в жизненном цикле некоторых слизевиков, имеющих клеточное строение, есть стадия, на которой одиночные амебоидные клетки объединяются и образуют многоклеточное плодовое тело. Эта агрегация начинается после того, как некоторые амебоидные клетки выделяют вещество, вызывающее хемотаксис. Недавно выяснили, что это циклический аденозинмонофосфат, который узнают окружающие клетки. У гидры нервные клетки, находящиеся внутри ножки и на ее поверхности, выделяют 8—143 способное к диффузии вещество, по-видимому какой-то пептид, влияющий на размножение и дифференцировку клеток во всех остальных частях животного. Я уже упоминал о веществах, выделяемых мезенхимой, от которых зависит дифференцировка эпителия поджелудочной железы у зародыша мыши. Подобные явления, наблюдавшиеся в других зародышевых и регенерирующих тканях, не раз описывались в литературе.
Насколько можно судить по имеющимся данным, действие всех этих сигналов состоит, очевидно, не во включении транскрипции новой генетической программы, а в осуществлении программы, подготовленной заранее. В этом отношении развитие зародыша, вероятно, не имеет принципиальных отличий от дифференцировки зонтика у ацетабулярии или образования плодового тела у Dictiostelium, Транскрипция генов, ответственных за определенное событие в процессе дифференцировки, происходит, как правило, задолго до возникновения сигналов, которые инициируют это событие. Как я уже указывал, большинство генов, контролирующих начальные стадии зародышевого развития, транскрибируется, очевидно, еще до оплодотворения яйца. Одни гены могут транскрибироваться постоянно, как это, по-видимому, происходит в случае генов, ответственных за образование стволика и зонтика у ацетабулярии; транскрипция других генов может прекращаться, когда происходит избирательная конденсация разных участков хроматина. О последовательности считывания генов в процессе зародышевого развития нам в сущности ничего не известно.
Используемая литература: Г. Харрис
Перевод с английского: М. И. Маршак
Ядро и цитоплазма: под ред. и с предисловием д-ра биол. наук Н. И. Шапиро
Москва 1973 год.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com