Том 3 (1129748), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Специфичные для мейоза связанные с кинетохорами белки1960Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиобеспечивают прикрепление обоих сестринских хроматид в гомологе к одномуи тому же полюсу мейотического веретена. Другие связанные с кинетохорамибелки обеспечивают соединение сестринских хроматид в области центромерв течение анафазы I, так что в первом делении мейоза по разным клеткам расходятся не сестринские хроматиды, а гомологичные хромосомы. По завершениидлительного первого деления мейоза происходит быстрое второе деление, которому не предшествует репликация ДНК. Второе деление мейоза сходно с митозом,поскольку в этом случае в анафазе расходятся сестринские хроматиды.21.3. Первичные половые клетки и определение полау млекопитающихРазные организмы избирают различные стратегии полового размножения;в последующих параграфах мы будем иметь дело с теми стратегиями, которые используют млекопитающие.У всех эмбрионов позвоночных имеются клетки, которые на ранних стадияхопределяются как предшественники гамет.
Эти диплоидные первичные половыеклетки (ППК, primordial germ cells) мигрируют в развивающиеся половые железы,которые у самок впоследствии преобразуются в яичники, а у самцов — в семенники.После нескольких митотических делений ППК претерпевают мейоз и дифференцируются в зрелые гаплоидные гаметы — яйцеклетки или сперматозоиды. Слияниеяйцеклетки и спермия при оплодотворении инициирует эмбриогенез. ПоявлениеППК в новом эмбрионе запускает следующий круг цикла (см.
рис. 21.3, а).В этом разделе мы рассмотрим, как возникают ППК млекопитающих, какопределяется пол животного и как определение пола связано с образованием яйцеклеток или сперматозоидов.21.3.1. Сигналы соседних клеток определяют в эмбрионахмлекопитающих будущие первичные половые клеткиУ многих животных, включая многих позвоночных, неоплодотворенная яйцеклетка содержит особые молекулы, сосредоточенные в некотором участке цитоплазмы. Эти молекулы определяют, какие клетки продолжат зародышевую линию.После оплодотворения и нескольких делений клетки раннего зародыша, которыеунаследовали эти детерминанты клеток зародышевой линии, становятся ППК(рис. 21.16).
Хотя молекулярная природа и функция этих детерминантов по большейчасти не ясны, известно, что среди них обязательно содержатся белки семействаVasa. Белки Vasa по структуре похожи на АТP-зависимые РНК-хеликазы, однакоих точная роль в определении ППК остается загадкой.В отличие от этого, у других животных, включая млекопитающих, цитоплазмаяйцеклетки не содержит никаких локализованных детерминантов. Вместо этого,действует другой механизм определения ППК, основанный на сигналах, посылаемыхсоседними клетками. У млекопитающих все клетки, получившиеся в результатепервых нескольких делений, являются тотипотентными, то есть они могут датьначало клеткам любого типа, в том числе клеткам зародышевой линии и клеткамвнеэмбриональных тканей, например плаценты.
Лишь на более поздней стадиинебольшая группа клеток получит соответствующий сигнал и превратится в ППК.Например, у мышей по прошествии примерно шести дней после оплодотворения21.3. Первичные половые клетки и определение пола у млекопитающих 1961Рис. 21.16. Детерминанты клеток зародышевой линии у нематоды C. elegans. На микрофотографияхвверху представлен ряд клеточных делений; ядра клеток окрашены голубым. Внизу — те же клетки,окрашенные (в зеленый) антителами к небольшим гранулам (так называемым P-гранулам), служащимдетерминантами клеток зародышевой линии.
P-гранулы состоят из РНК и белка; они равномерно распределены по цитоплазме неоплодотворенной яйцеклетки (не показано). После оплодотворения гранулыскапливаются на одном из полюсов зиготы (вверху и внизу слева). При каждом делении они переходятв одну из дочерних клеток. На фотографиях вверху и внизу справа гранулы сосредоточены в клетке — онаи будет предшественником клеток зародышевой линии. (С любезного разрешения Susan Strome.)клетки окружающей эмбрион ткани выделяют сигнальные молекулы (в том числебелок морфогенеза костей 4, BMP4) и индуцируют превращение около 10 клетокв предшественников ППК. Эти клетки делятся и превращаются в зрелые ППК,отключая экспрессию некоторых генов, свойственных соматическим клеткам, и запуская экспрессию генов, определяющих характерные свойства клеток зародышевойлинии.Несмотря на разные механизмы определения ППК у разных животных, некоторые из механизмов регуляции деления и развития клеток одинаковы у всехживотных от червей до человека.
Например, у всех исследованных животных приразвитии ППК их соматические свойства устраняются посредством подавления экспрессии генов, а также ингибирования трансляции конкретных мРНК при помощиРНК-связывающими белков Nanos.21.3.2. Первичные половые клетки мигрируют в развивающиесяполовые железыПосле созревания ППК млекопитающих пролиферируют и мигрируют в местасвоего назначения — развивающиеся половые железы (рис. 21.17).
В этом им помогают различные внеклеточные сигнальные белки, вырабатываемые соседнимисоматическими клетками, способствуя их выживанию и делению и подсказывая направление миграции. Среди секретируемых сигнальных белков, способствующих положительному хемотаксису, выделяются хемокины, связывающиеся с рецепторами,сопряженными с G-белками (G-protein-coupled receptors, GPCR) и направляющиемиграцию различных клеток, в том числе ППК и лейкоцитов (см. главу 23).После того как ППК достигнут гонады, которая на этой стадии называетсяурогенитальный гребень, они проходят ряд последовательных митотических делений, вступая на путь дифференцировки в яйцеклетку или сперматозоид.1962Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 21.17.
Миграция первичных половых клеток (ППК) млекопитающих. а) Микрофотография срезаэмбриона мыши на ранних стадиях развития, сделанная методом иммунофлуоресценции. МигрирующиеППК окрашены с помощью моноклональных антител (зеленый цвет), специфически связывающихсяс этими клетками на данном этапе эмбриогенеза. Остальные клетки окрашены с помощью лектинав красный цвет; лектин связывается с сиаловой кислотой, присутствующей на поверхности всех клеток.б) Схема расположения тканей на микрофотографии (а). (а, с любезного разрешения Robert Andersonи Chris Wylie.)Однако в самом начале этой серии делений их путь дифференцировки еще неопределен. Выделенные из эмбриона и культивируемые в присутствие соответствующихвнеклеточных сигнальных белков ППК могут дать начало клеткам любого типа, кромевнеэмбриональных клеток, формирующих, например, плаценту.
Поэтому они называются плюрипотентными, а не тотипотентными. В этом отношении эмбриональныеклетки зародышевой линии аналогичны эмбриональным стволовым клеткам (см.главу 23). И те, и другие являются возможными источниками человеческих клетокразличных типов, которые можно будет использовать как для тестирования лекарств,так и для лечения болезней, в том числе инфарктов, инсультов и различных нейродегенеративных заболеваний, при которых погибают клетки конкретного типа.Что же определяет направление дифференцировки ППК в яйцеклетки или сперматозоиды? Примечательно, что это определяется не набором половых хромосом, какможно было ожидать, а тем, в какие именно гонады — яичники или семенники — начнетпревращаться урогенитальный гребень. Последнее же определяется набором половыххромосом соматических клеток самого гребня.
Хотя на исход этого процесса влияютмногие гены, один из генов Y-хромосомы играет в этом особенно заметную роль.21.3.3. Ген Sry заставляет развивающиеся половые железымлекопитающих превращаться в семенникиАристотель считал, что соотношение полов в потомстве определяется температурой тела самца в момент соития: чем выше температура, тем больше вероятностьпоявления самцов в потомстве.
Имей он в виду ящериц или аллигаторов, философбыл бы ближе к истине, поскольку у многих яйцекладущих рептилий пол потомстваопределяется температурой инкубации яиц; у ящериц и аллигаторов самцы рожда-21.3. Первичные половые клетки и определение пола у млекопитающих 1963ются в тепле, а самки — в прохладе. Теперь, однако, мы знаем, что пол млекопитающего определяют половые хромосомы, а не температура тела родителей.У самок млекопитающих в каждой соматической клетке содержится двеX-хромосомы, а у самцов — одна X- и одна Y-хромосома. Присутствие или отсутствие Y-хромосомы, наименьшей из человеческих хромосом1 (рис.
21.18), определяетпол особи. Особи, несущие Y-хромосому, независимо от числа X-хромосом, становятся самцами, а особи, в клетках которых нет Y-хромосомы, становятся самками,даже если у них X-хромосома всего одна. Пол зиготы определяет оплодотворившийее сперматозоид: яйцеклетка содержит единственную X-хромосому, сперматозоидже может содержать как X-, так и Y-хромосому.Рис. 21.18. Хромосомы нормального мужчины. Применяли окраску по Гимза. См.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
