Том 3 (1129748), страница 69
Текст из файла (страница 69)
также рис. 4.10 и 4.11.Обратите внимание, что половые хромосомы различаются по размеру. X-хромосома содержит более1 000 генов, а Y-хромосома — всего около 80. (С любезного разрешения Julie Robertson of the WisconsinState Laboratory of Hygiene.)Роль Y-хромосомы при определении пола особи заключается в том, что оназаставляет соматические клетки урогенитального гребня формировать семенники,а не яичники. Эмбрионы млекопитающих по умолчанию развиваются как самки,если нет сигнала к формированию семенников, приводящему к развитию самца.Если урогенитальные гребни удалить до того момента, как они начнут преобразовываться в семенники или яичники, млекопитающее становится самкой, вне зависимости от набора половых хромосом. Это не значит, что для развития женскихорганов не нужно никаких сигналов: например, для развития нормальных яичниковнеобходим сигнальный белок Wnt4.1ред.На самом деле наименьшей по размеру хромосомой человека является 21-ая аутосома.
— Прим.1964Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиОсновной ген Y-хромосомы, заставляющий урогенитальный гребень развиваться в семенники, а не в яичники, носит название Sry, от английского Sex-determiningRegion of Y, то есть «определяющий пол участок Y-хромосомы». Примечательно,что если этот ген ввести в геном мышиной зиготы с генотипом XX, то из этой зиготыразвивается самец, хотя в его генотипе отсутствуют все другие гены Y-хромосомы.Однако такая мышь с переопределенным полом не вырабатывает сперматозоидов,поскольку у нее отсутствуют другие гены Y-хромосомы, необходимые для их формирования. Аналогично, люди с набором половых хромосом XY, у которых имеетсямутация в гене Sry, являются женщинами, хотя по генотипу они мужчины.Ген Sry экспрессируется в некоторых клетках развивающейся половой железы, что заставляет эти клетки дифференцироваться в клетки Сертоли.
Этоосновной тип вспомогательных клеток семенников (рис. 21.29). Именно клеткиСертоли определяют развитие самца, оказывая следующее влияние на другиеклетки эмбриона:1. Побуждают вновь прибывающие ППК развиваться в предшественники сперматозоидов, не давая им претерпеть мейоз, который запускает развитие яйцеклетки (см. далее);2. Выделяют антимюллеров гормон, поступающий в кровь и заставляющийдеградировать мюллеров проток, подавляя таким образом развитие женскихполовых путей (в отсутствие этого гормона из мюллерова протока развиваютсяфаллопиевы трубы, матка и верхняя часть влагалища);3.
Стимулируют миграцию эндотелиальных и гладкомышечных клеток смежныхмезенхимальных клеток в развивающуюся гонаду. Эти клетки формируют необходимые элементы для сперматогенеза, который начинается с наступлениемполовой зрелости;4. Способствуют превращению других клеток гонады в клетки Лейдига, выделяющие половой гормон тестостерон в кровь. Тестостерон отвечает за формирование всех мужских вторичных половых признаков, в том числе такихструктур мужских половых путей, как предстательная железа и семенныепузырьки, которые развиваются из другого протока, называемого вольфовымпротоком. Эти протоки у самок деградируют, поскольку для их выживанияи развития необходим тестостерон.
Секреция тестостерона участвует такжев маскулинизации развивающегося мозга, способствуя становлению половойидентичности, половой ориентации и, соответственно, полового поведения:например, самки крысы, на которых вскоре после рождения подействовалитестостероном, впоследствии ведут себя подобно самцам.Ген Sry кодирует белок-регулятор экспрессии генов Sry, связывающийсяс ДНК и влияющий на транскрипцию других генов, участвующих в развитии клеток Сертоли. Один из основных белков в этом каскаде, родственный Sry, носитназвание Sox9 и тоже является регулятором экспрессии. Ген Sox9 располагаетсяне на Y-хромосоме, однако экспрессируется у самцов всех позвоночных.
В этомего отличие от Sry, который имеется лишь у млекопитающих. Если искусственностимулировать экспрессию гена Sox9 в развивающейся гонаде зародыша мыши с набором XX, то эмбрион развивается в самца, несмотря на отсутствие гена Sry; этосвидетельствует о том, что функция Sry заключается в активации экспрессии Sox9.Белок Sox9 напрямую активирует транскрипцию некоторых генов, определяющихразвитие клеток Сертоли, включая ген, кодирующий антимюллеров гормон.21.3. Первичные половые клетки и определение пола у млекопитающих 1965В отсутствие Sry или Sox9 урогенитальный гребень зародыша с наборомхромосом XY развивается в яичник, а не в семенник. При этом вспомогательнымиявляются фолликулярные клетки, а не клетки Сертоли.
Другие соматическиеклетки превращаются в клетки теки (а не клетки Лейдига), которые с наступлениемполовой зрелости приступают к выработке женского полового гормона эстрогена.ППК начинают дифференцироваться в яйцеклетки, а не сперматозоиды (рис. 21.19),и животное становится самкой.Рис. 21.19. Влияние фактора Sry на развитие гонад. Клетки зародышевой линии показаны оттенкамикрасного, а соматические — оттенками зеленого или синего. Переход от светлого оттенка к темномусимволизирует переход клетки в дифференцированное состояние.
Ген Sry активен в некоторых соматических клетках развивающейся гонады и заставляет их дифференцироваться не в фолликулярные клетки,а в клетки Сертоли. Впоследствии, при наступлении половой зрелости, клетки Сертоли не дают клеткамполовой линии развиваться по пути оогенеза и стимулируют сперматогенез.
Кроме того, они секретируютантимюллеровский гормон, который вызывает дегенерацию мюллерова протока, и способствуют тому,что некоторые другие соматические клетки дифференцируются в клетки Лейдига, вырабатывающиетестостерон (см. рис. 21.29). В отсутствие Sry клетки половой линии вступают в оогенез, а соматическиеклетки превращаются либо в фолликулярные клетки, способствующие развитию яйцеклетки, либов клетки теки, секретирующие прогестерон.
Фолликулярные клетки перерабатывают прогестеронв эстроген. В то время как семенники начинают вырабатывать тестостерон еще до рождения, яичникине секретируют эстроген вплоть до наступления половой зрелости.1966Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиКак же клетки Сертоли заставляют достигшие развивающейся мужской гонадыППК становиться предшественниками сперматозоидов, а не яйцеклеток? В этоммеханизме участвуют сигнальные молекулы ретиноевой кислоты (см. рис. 15.13),которые у животных обоих полов вырабатываются во временных трубчатых структурах, называемых мезонефросом.
Последний расположен рядом с развивающейсягонадой. В яичнике эмбриона ретиноевая кислота заставляет пролиферирующиеклетки половой линии вступить в мейоз и пойти по пути формирования яйцеклетки. Деление приостанавливается после завершения стадии диплотены в профазе Iи не возобновляется вплоть до овуляции, начинающейся по достижении половойзрелости. В семенниках же, напротив, клетки Сертоли выделяют фермент, разрушающий ретиноевую кислоту, предотвращая вступление в мейоз и развитиеяйцеклетки. Много позже, в период половой зрелости, клетки половой линиив семенниках начинают превращаться в сперматозоиды.21.3.4. Многие характеристики полового размножениясильно изменяются от одного вида животного к другомуМейоз встречается у всех эукариот, размножающихся половым путем; другие процессы, связанные с половым размножением, сильно отличаются у разныхвидов животных.
Мы видели, что пол животного зависит как от набора половыххромосом, так и от обстоятельств, сопутствующих развитию особи. Однако изменяются и сами генетические механизмы. Например, у C. elegans и дрозофилыпол определяется соотношением X-хромосом к аутосомам, а не наличием илиотсутствием Y-хромосом, как у млекопитающих. У C. elegans в определениипола участвуют в основном механизмы регуляции транскрипции и трансляции,а у дрозофилы, как описано в главе 7, эта задача ложится на регуляцию сплайсинга РНК.
Более того, у дрозофилы специфические половые признаки каждойклетки скорее запрограммированы в ее хромосомах, а не диктуются гормонами.Остается загадкой, почему некоторые характеристики полового размножениясохранились в эволюции в неизменном виде, а по другим наблюдают столь фундаментальные различия.ЗаключениеНесколько клеток эмбриона на ранней стадии развития под влияниемсигнала от соседних клеток обособляются как клетки половой линии. Этиклетки становятся первичными половыми клетками (ППК), пролиферируюти мигрируют в развивающиеся гонады.
Здесь эти клетки должны вступить напуть дифференцировки в яйцеклетки, если незрелая гонада будет яичником, илив сперматозоиды, если она станет впоследствии семенником. Первичная гонадаразвивается в семенник, если ее соматические клетки содержат Y-хромосому;иначе она становится яичником. В развитии семенников большую роль играетген Sry, находящийся у млекопитающих на хромосоме Y. Этот ген экспрессируется некоторыми соматическими клетками развивающейся гонады и заставляетих дифференцироваться в клетки Сертоли, которые затем вырабатываютсигнальные молекулы, способствующие появлению мужских половых признаков и подавляющие развитие женских признаков.
Эмбрионы млекопитающихпо умолчанию развиваются в самок, если клетки Сертоли не направляют ихразвитие по пути формирования самца.21.4. Яйцеклетки 196721.4. ЯйцеклеткиПо крайней мере в одном отношении яйцеклетки являются самыми удивительными из всех животных клеток: будучи активированы, они могут дать началоцелому новому организму, причем иногда для этого достаточно нескольких днейили недель.
У высших животных это исключительная привилегия яйцеклеток.Активация обычно является следствием слияния яйцеклетки со сперматозоидомпри оплодотворении, хотя во многих случаях яйцеклетку можно активироватьнеспецифическими химическими или физическими воздействиями. В самом деле,некоторые организмы, в том числе различные ящерицы, в норме развиваютсяиз неоплодотворенного активированного яйца, то есть партеногенетически. Лишьмлекопитающие не способны к партеногенезу; ввиду геномного импринтинга (см.главу 7) им необходим как материнский, так и отцовский генетический материал.Во взрослом организме из яйцеклетки может образоваться клетка любоготипа. Тем не менее ее отнюдь нельзя считать недифференцированной клеткой.
Онав высшей степени специализирована для выполнения одной-единственной функции — построения новой особи. Более того, цитоплазма яйцеклетки вполне можетперепрофилировать ядро соматической клетки на воспроизведение новой особи;молекулярные основы этого явления еще не ясны. Именно таким образом создалиовцу Долли. С помощью стеклянной пипетки из неоплодотворенной яйцеклеткиудалили ядро, а на его место поместили ядро соматической клетки. Для активациияйцеклетки использовали электрический импульс, а затем полученный таким образом эмбрион имплантировали в матку суррогатной матери. Геном рожденной овцысовпадал с геномом донора ядра, поэтому овца была клоном овцы-донора.Тот же самый подход, носящий название репродуктивного клонирования,используется для создания клонов различных млекопитающих: мышей, крыс, кошек, собак, коз, свиней, коров и лошадей (см.
рис. 21.38). Во всех этих случаяхклонирование малоэффективно: клоны, как правило, умирают еще до рождения,а взрослого состояния достигает всего 5 %. Причиной этому, вероятно, служит то,что трансплантированное соматическое ядро не может полностью сменить своюгенетическую программу и характер экспрессии многих генов несовместим с развитием зародыша.Прежде чем обсуждать вопрос о том, как протекает развитие яйцеклетки до тогомомента, когда она становится готова к оплодотворению, рассмотрим вкратце некоторые из ее уникальных особенностей.21.4.1. Яйцеклетки представляют собой высокоспециализированныеклетки, способные к независимому развитиюУ многих животных яйцеклетки имеют громадные размеры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
