Привет студент

Вероятно, труднее всего объяснить эту особенность дифференцировки, что некоторые признаки, связанные с дифференцированным состоянием, наследуются клетками и могут, по-видимому, сохраняться неограниченно долго. Необходимо, однако, подчеркнуть, что наследуемость никак нельзя считать непременным свойством дифференцированного состояния. Некоторые формы дифференцировки несовместимы с размножением клеток и, следовательно, никогда не передаются следующим поколениям клеток.

Например, начало синтеза гемоглобина инициирует последовательность событий, которая приводит к полному прекращению синтеза всех других белков и нуклеиновых кислот, а у некоторых классов позвоночных даже к элиминации ядра. В организме взрослых животных имеется несколько типов высокодифференцированных клеток, которые, по-видимому, никогда не делятся и из них никогда не возникают опухоли. Вместе с тем большинство тканей, способных к регенерации, дает начало таким же тканям: например, при размножении клеток печени образуются также клетки печени. В то же время при гистологическом исследовании опухолей часто замечают, что быстро растущие опухоли, и особенно образующиеся из них метастазы, утрачивают признаки исходной ткани. Сейчас еще не ясно, можно ли считать этот процесс дедифференцировкой в том смысле, который был определен ранее, или же это просто результат постоянного отбора наименее дифференцированных клеток из исходной, смешанной популяции.

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.

При изучении дифференцировки у многоклеточных возникает совершенно особая проблема. И если, что вполне вероятно, основополагающий биохимический механизм любого типа дифференцировки может быть сходным у одноклеточных и у многоклеточных, то в последнем случае необходимо еще объяснить, как обеспечивается согласованная деятельность множества отдельных клеток. Кооперативный эффект может возникать двумя путями: если один и тот же стимул действует одновременно и одинаково на каждую клетку в отдельности или если клетки, взаимодействуя друг с другом, вместе вырабатывают общий ответ на любой стимул. Конечно, второе предположение намного вероятнее, и сейчас уже получены убедительные экспериментальные данные, показывающие, что взаимодействие клеток — это не просто способ, позволяющий клеткам одинаково реагировать на какой-либо стимул, но во многих случаях необходимое условие для осуществления самой дифференцировки. Например, как я уже рассказывал, зачаток поджелудочной железы зародыша мыши, помещенный в искусственную среду, при определенных условиях может дифференцироваться в функционирующую ткань поджелудочной железы. Если такой зачаток разрезать на мелкие кусочки и культивировать их отдельно, то дифференцировки эпителия в ткань поджелудочной железы не наблюдается. Если же эти кусочки вновь поместить так близко друг от друга, что они могут слиться в сплошную массу, то дифференцировка происходит. Аналогичное явление описано для других видов эпителия. Понятно, что в таких случаях дифференцировка не может осуществляться без совместной активности большого числа клеток и что одна клетка или небольшая группа клеток не в состоянии создать условия, необходимые для дифференцировки.

Валопровод на судне служит для передачи энергии от главного двигателя к движителю. Валопровод включает валы, подшипники и гребной винт. Упор от винта на корпус судна также передается через валопровод.

В состав валопровода входят упорный вал, несколько промежуточных валов и гребной вал, которые вращаются соответственно на упорных, опорных и дейдвудных подшипниках. Дейдвудная труба с обеих сторон уплотняется сальниками. Все элементы валопровода показаны на рис. 11.1.

Упорные подшипники. Эти подшипники служат для передачи упора, возникающего при работе винта, на корпус судна, поэтому упорный подшипник должен иметь прочную конструкцию и быть установлен на достаточно жесткой опоре. Подшипник может выполняться отдельно или составлять единую конструкцию с главным двигателем. Подшипник должен быть рассчитан на передачу упора при переднем и заднем ходе, а также на различные нагрузки, включая аварийные.

Корпус автономного упорного подшипника (рис. 11.2) состоит из двух половин, соединяемых точными болтами. Упорная нагрузка воспринимается упорными подушками, благодаря которым можно изменять угол наклона. Эти подушки устанавливают в направляющих или на опорах и облицовывают белым металлом. В показанной на рис. 11.2 конструкции упорные подушки занимают три четверти окружности и передают весь упор на нижнюю часть корпуса подшипника. В других конструкциях упорные подушки расположены по всей окружности. Масло, увлекаемое упорным гребнем, при помощи скребка снимается с него и направляется к распорке, удерживающей подушки. Отсюда масло струей направляется к подушкам и подшипникам. Упорный вал имеет фланцы, при помощи которых он болтами крепится к фланцам валов двигателя или редуктора или к фланцу промежуточного вала.

Носовое подруливающее устройство. Это устройство, которое устанавливается на судах различных типов для повышения их маневренности. Подруливающее устройство состоит из гребного винта, который приводится в действие от электро- или гидропривода, установленного в поперечном проходном туннеле носовой части корпуса судна. При помощи перетока воды в определенном направлении через поперечный туннель обеспечивается смещение носовой части корпуса судна из одной стороны в другую при проведении маневровых операций или при постановке судна к причалу. Установка, как правило, управляется с мостика и эффективна тогда, когда судно неподвижно.

Подруливающее устройство с дистанционным управлением с мостика показано на рис. 10. 10. С помощью сервомотора, установленного в корпусе редуктора, можно изменять шаг винта и направление движения потока воды. Благодаря этому в качестве привода можно применять нереверсивный двигатель, работающий с постоянной частотой вращения. При маневровых операциях приводной двигатель работает постоянно, а при установке нулевого шага винта будет полностью отсутствовать усилие для перестановки судна. Привод винта осуществляется через вал, муфту и коническую передачу. Благодаря применению специального уплотнения устраняется протечка воды в двигатель. Использование туннеля в подруливающем устройстве обеспечивает направленный выброс воды, при помощи которого и создается подруливающий эффект.

Определив, таким образом, две главные особенности дифференцировки, я хотел бы обсудить те отрывочные сведения, которые мы о них имеем, чтобы выяснить, можно ли на основе этих сведений сделать хоть какие-то выводы о механизмах, лежащих в основе дифференцировки. Помоему, наиболее четкие опыты по изучению этого процесса были поставлены на одноклеточных организмах: и, поскольку самые убедительные результаты были получены на ацетабулярии, нам придется вернуться к этой гигантской одноклеточной водоросли. Напомню, что у ацетабулярии в течение многих недель растет только стволик и лишь затем при благоприятных условиях происходит дифференцировка и образуется плодовое тело или зонтик, с помощью которого рассеиваются споры. Образование зонтика — это классический пример дифференцировки, когда в клетке происходят глубокие морфологические и биохимические сдвиги; этот процесс во всех отношениях сходен с образованием плодовых тел у родственных многоклеточных организмов. Я уже говорил, что рост стволика у ацетабулярии и полная дифференцировка видоспецифичного зонтика могут происходить спустя много времени после удаления клеточного ядра. Следовательно, мы вправе заключить, что у этого организма явно выраженная дифференцировка никак не может быть непосредственным результатом избирательной транскрипции генетического материала. Стволик растет в какое-то определенное время вовсе не потому, что в это время транскрибируются ответственные за него гены; также и зонтик формируется в соответствующее для него время вовсе не потому, что в это же время начинают считываться гены, контролирующие его рост. Очевидно, гены, участвующие в образовании стволика и зонтика, считываются задолго до возникновения этих структур. Опыты по преждевременной индукции формирования зонтика, о которых упоминалось ранее, показали, что транскрипция генов, ответственных за его образование, у отдельных видов ацетабулярии должна происходить по крайней мере за 70 дней до того, как обычно образуется зонтик; из опытов по накоплению и сохранению информации в цитоплазме клетки стало ясно, что матрицы для образования и стволика, и зонтика поступают в цитоплазму в течение большей части периода роста клетки. Более того, формирование зонтика можно задержать на неопределенно долгий срок, выращивая клетки в условиях недостаточной освещенности. При этом стволик продолжает расти и становится гораздо длиннее, чем всегда. При увеличении освещенности на таких необычно длинных стволиках могут образоваться зонтики, даже если из этих клеток предварительно удалили ядра. Отсюда ясно, что у ацетабулярии акт видимой дифференцировки осуществляется в цитоплазме на подготовленных заранее матрицах и что для этого присутствие соответствующих генов не обязательно.

В принципе у нас остаются три другие возможности: во-первых, дифференцировка может происходить благодаря неодновременной избирательной транскрипции тех или иных участков ДНК, так что разные матрицы синтезируются в разное время; во-вторых, дифференцировка может осуществляться в результате избирательной и неодновременной трансляции разных матриц; и, наконец, в-третьих, дифференцировку могут обеспечивать оба эти механизма вместе. Последнее предположение сейчас вполне обоснованно, и я обсуждал его в гл. IV, когда говорил о регуляции синтеза белка; и хотя совершенно очевидно, что дифференцировка включает такую форму регуляции, возникают еще две проблемы, которых я пока не касался. Большая часть работ последних лет по регуляции синтеза белка проводилась на таких системах, где сохранение любого изменения в синтезе белка зависит от постоянного присутствия стимула, который это изменение вызвал. Например, какая-то определенная малая молекула может индуцировать синтез какого-то белка, но стоит удалить из среды эту молекулу, как синтез белка немедленно прекратится, и, наоборот, другая малая молекула способна подавлять синтез какого-то белка, но, как только ее удаляют, синтез сразу же восстанавливается. Хотя совершенно ясно, что дифференцировка включает в себя подобные изменения, она включает, кроме того, такие изменения, которые сохраняются в клетках после удаления вызвавших их стимулов. В некоторых случаях исходный стимул запускает сложную цепь реакций, конечный результат которых — синтез специфичного белка — наблюдается через много часов или дней после исчезновения первичного стимула. Это явление эмбриологи называют детерминацией. Вторая характерная особенность дифференцировки состоит в том, что фенотипические изменения, вызванные в клетке определенным стимулом, сохраняются после его удаления во многих клеточных генерациях, а в некоторых случаях могут сохраняться неограниченно долго.

Исследователи, которые впервые занялись изучением дифференцировки, пришли к заключению, что процесс этот является результатом постепенных изменений в генетическом материале клетки. На эту мысль их навело простое наблюдение, что некоторые признаки очень устойчивы и могут сохраняться в течение многих клеточных генераций. В какой-то мере такая точка зрения подтверждается тем, что дифференцировка некоторых клеток сопровождается очевидными изменениями морфологии ядра и хромосом. Более современная и точная формулировка этого предположения звучала бы приблизительно так: дифференцировка — это результат изменений нуклеотидной последовательности в ДНК. В случае одной особой формы дифференцировки — образования антител клетками лимфоидного ряда — сейчас принято считать, что специфичность антител определяется какой-то формой соматической вариабельности в нуклеотидной последовательности ДНК этих клеток. Однако более общую теорию, согласно которой дифференцировка в целом происходит за счет изменений ДНК, теперь почти никто не поддерживает.

Дифференцировкой обычно называют процесс образования специализированных клеток, тканей и органов во время развития организма из оплодотворенного яйца. Чаще всего этот термин употребляют, когда говорят о многоклеточных организмах, и, следовательно, под ним подразумевается процесс возникновения из одной клетки — яйца — многочисленных клеток-потомков, гетерогенность которых возрастает по мере развития организма. Но эквивалентные в биологическом смысле процессы наблюдаются и у некоторых одноклеточных. В этом случае морфологической и функциональной специализации подвергается только часть клетки и в конце концов образуются структуры, подобные тем, которые имеются у многоклеточных организмов, но у последних они состоят из множества клеток. Поэтому я предлагаю называть дифференцировкой любой процесс специализации независимо от того, происходит ли он в одноклеточных или многоклеточных организмах. Хотя мы и употребляем термины «дифференцированный», «недифференцированный» и «дедифференцированный», тем не менее установить их точный эмпирический смысл совсем не так просто. Если считать яйцо недифференцированной клеткой, то тогда можно сказать, что клетки становятся дифференцированными по мере того, как они приобретают признаки, отличающие их как от самого яйца, так и друг от друга. Однако, поскольку уже две дочерние клетки, образующиеся после первого деления, отличаются от яйца, правда, всего лишь своими размерами, началом клеточной дифференцировки принято считать другое — возникновение выраженной гетерогенности у клеток-потомков. Конечно, это чистая условность. Само яйцо представляет собой продукт сложного процесса дифференцировки, протекающего в яичнике, и мы могли бы разработать иную терминологию, приняв за точку отсчета какую-то другую клетку. Но я буду придерживаться общепринятых представлений и считать недифференцированными клетками такие производные яйца, которые еще не приобрели заметных отличий, а дифференцированными — те, в которых они уже есть.

Гибридизация клеток, принадлежащих к разным видам

Существуют три основные проблемы: 1) природа и специфичность цитоплазматических сигналов, регулирующих синтез РНК в ядрах соматических клеток; 2) механизм репрессии синтеза ядерной РНК; 3) механизм передачи генетической информации из ядра в цитоплазму. Исследования начались в 1965 году с опыта, который мы поставили вместе с Дж. Ф. Уоткинсом. Мы показали, что вирус животных, после инактивации ультрафиолетовыми лучами, может быть использован для индукции слияния клеток мыши и человека и образования их гибридов. Мысль использовать для этой цели вирусы возникла в связи с наблюдениями, сделанными более ста лет назад. Давно известно, что при многих заболеваниях в пораженных тканях обнаруживаются многоядерные клетки. В медицинской литературе XIX века велась длительная и оживленная полемика о механизмах их образования. Многоядерные клетки находят главным образом в очагах поражений, вызванных некоторыми патогенными вирусами. В последнее десятилетие стало ясно, что, по крайней мере в некоторых случаях, вирус вызывает появление многоядерных элементов, индуцируя слияние отдельных клеток. Оставалось сделать всего один шаг, а именно узнать, нельзя ли использовать вирус для того, чтобы индуцировать слияние клеток разных типов, а также выяснить, будут ли жизнеспособными гибриды, если они вообще образуются. Поскольку при заражении живым вирусом гибриды могли погибнуть, обработку производили убитым вирусом. При этом оказалось, что вирус, инактивированный ультра-фиолетовыми лучами, можно использовать для индукции слияния дифференцированных и недифференцированных клеток разных видов и даже разных классов позвоночных. Такой метод дал возможность получать межвидовые гибридные клетки, которые длительное время жили в культуре и во многих случаях обладали способностью к неограниченному размножению. По этой причине они оказались удобной моделью для изучения ядерно-плазменных отношений и дали возможность поставить такие опыты, которые раньше были нереальны. Результаты некоторых опытов я намереваюсь обсудить.