Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 128
Текст из файла (страница 128)
7.2, б). Наконец, тот же принцип продемонстрирован и на млекопитающих, включая крупный рогатый скот, овцу, свинью, козу, собаку и мышь. В этих случаях ядра соматических клеток вводили в безъядерные яйцеклетки и, когда их пересаживали суррогатным матерям, некоторые из этих яйцеклеток, называемых реконструированными зиппами, развивались в здоровых животных (рис.
7.2, в). Другим доказательством того, что в ходе развития позвоночных большие блоки ДНК не теряются и не перестраиваются, служит сравнение подробных карт поперечной исчерченности митотических хромосом (см. Рис. 4.11). Если исходить нз этого критерия, то следует признать, что наборы хромосом в дифференцированных клетках человеческого тела оказываются идентичными.
Более того, сравнение геномов различных клеток методом рекомбинантных ДНК подтвердило, что изменения в экспрессии генов, лежащие в основе развития многоклеточного организма, заключаются, как правило, не в изменениях последовательностей соответствую1цих генов. Однако существует несколько случаев, когда при развитии организма про исходят перестройки ДНК в геноме: наиболее ярко это проявляется при развитии иммунной системы млекопитающих, что будет описано в главе 25. 7.1.2. В различных типах клеток синтезируются разные наборы белков В качестве первого шага к пониманию механизма клеточной дифференцировки, необходимо узнать, насколько отличаются друг от друга разные типы клеток.
Полный ответ на этот фундаментальный вопрос еще не получен, но можно уже выделить определенные общие положения. 1. Существует множество процессов, общих для всех клеток, и, следовательно, любые две клетки одного организма имеют много одинаковых белков. Среди них структурные белки хромосом, РНК-полимеразы, ферменты репарации ДНК, рибосомные белки, ферменты, участвующие в основных реакциях метаболизма, а также множество белков, образующих цитоскелет. ф~ф~:~фМ~'".у )э) в пипетке клетки юэжи в культуральной чашке ядро нормальный головастик взрослая лягушка введено в яйцо неоплодотворенное ядро разрушено яйцо УФ-облучением б) ~~~В , 4Р, /;; г)э 4ээ пропп- отдельные одиночная организован- фернрующая клетки кгюткв ный клон клеточная в жидкой делящихся масса питательной клеток среде молодои эмбрион молодое морковь растение кусочек моркови е) эпнтепиальные клетки из яйцевода спет«в донор й) ф помещена .ИФЬ ю ф Рядом реконструированная ффф ~, с яйцом У вилла эмбрион « веретено деления» « --' ~'~%» г К)5 — « ~,~'.4~)) импульс деление ВЫЗЫВАЕТ мейотическое СЛИЯНИЕ суррогатным неоплодотворенная ю ю ено КЛЕТКИ-ДОНОРА матерям Деленна и С БЕЗЪЯДЕРНОЙ ЯЙЦЕКЛЕТКОЙ удалены Рис.
7.2. Опыты, доказывающие, что дифференцированная клетка содержит всю необходимую для развития целого организма генетическую информацию. о) Язкзо клетки кожи взрослой лягушки, трансплантированное в безьядерную яйцеклетку, может дать начало целому головастику. Прерывистая стрелка обозначает дополнительный этап трансплантации, необходимый для того, чтобы дать трансплантированному геному время адаптироваться к эмбриональному окружению.
В ходе него из раннего развивающегося эмбриона отбирается одно нэ ядер и переносится обратно в дополнительную безъядерную яйцеклетку. б) У многих видов растений дифференцированные клетки сохраняют способность к «дедиффе реп ци розке», поэтому отдельная клетка может образовать клон клеток, который в дальнейшем даст начало целому растению. а) Ядро дифференцированной клетки от взрослой коровы, введенное в безъядерную яйце«летку другой коровы, может дать начало теленку. Разные телята, полученные иэ одной дифференцированной донорной клетки, являются генетически идентичными и, следовательно, представляют собой клоны друг друга, (а, с изменениями из В Бцгг)оп, 5сс Апг.
219: 24-35, 1969. С разрешения 5с!епббс Агпепсап.) 7.1. Общие представления о генетическом контроле 637 2. Некоторые белки обнаруживаются в большом количестве лишь в специализированных клетках, где они функционируют, а в других типах клеток их нельзя определить даже чувствительными методами анализа. Например, гемоглобин можно обнаружить только в эритроцитах.
3. Согласно исследованиям множества разных мРНК, в типичной клетке человека в любой момент времени экспрессируется 30 — 60;; от примерно 25000 ее генов. При сравнении профилей экспрессии (паттернов) мРНК ряда различных клеточных линий человека обнаружено, что уровень экспрессии почти каждого активного гена меняется от одного типа клеток к другому. Некоторые из этих различий ярко выражены, как например, упомянутый ранее гемоглобин, но большинство из них едва заметны.
Даже гены, активные во всех клетках, разнятся по уровню экспрессии в разных типах клеток. Паттерны, отражающие содержание мРНК (определенные при помощи ДНК-чипов, описываемых в главе 8), являются настолько специфическими для каждого типа клеток, что их можно использовать для определения типа раковых клеток, у которых не известна ткань-источник опухолевого роста (рис. 7.3). 4. Несмотря на существование значительных различий в экспрессии мРНК среди специализированных клеток, они не учитывают еще целый комплекс отличий в спектре синтезируемых белков.
Как будет видно далее в этой главе, регуляция экспрессии генов возможна на множестве стадий, происходящих после транскрипции. Например, альтернативный сплайсинг может дать от одного гена целое семейство белков. Наконец, возможна ковалентная модификация белков после их синтеза. Следовательно, лучший способ оценки коренных различий в экспрессии генов между различными типами клеток — при помощи методов, напрямую показывающих уровни экспрессии белков и их посттрансляционные модификации (рис. 7.4). 7.1.3. Внешние сигналы могут вызывать изменение экспрессии генов в клетке Большинство специализированных клеток многоклегочного организма способно изменять картину экспрессии своих генов в ответ на внеклеточные сигналы.
Например, если клетка печени подвергается воздействию глюкокортикоидного гормона, то синтез нескольких специфических белков резко возрастает. Глюкокортикоиды выделяются в кровь во время периодов голодания или интенсивных физических нагрузок и служат для печени сигналом к увеличению образования глюкозы из аминокислот и других малых молекул. Набор белков, синтез которых индуцируется, включает в себя ферменты, например, тирозинаминотрансферазу, способствующую превращению тирозина в глюкозу. Если гормон больше не поступает, синтез этих белков снижается до нормального уровня, Другие типы клеток реагируют на глюкокортикоиды иначе. Например, жиро вые клетки снижают производство тирозинаминотрансферазы, тогда как некоторые другие типы клеток могут совсем не реагировать на глюкокортикоидные гормоны. Эти примеры иллюстрируют главную особенность специализации клеток: различные типы клеток часто по-разному отвечают на один и тот же внеклеточный сигнал.
В основе подобных корректировок, происходящих в ответ на внеклеточные сиг палы, лежат характерные черты профиля экспрессии генов, которые не меняются и придают каждому типу клеток его неизменный отличительный характер. неизвестно предстательной лейкемии желудка железы легкого можа почек яичникв груди печени Рис. 7 3.
Различия в нартинак экспрессии мРНК среди разных типов раковьж клеток человека. На рисунке обобщен очень большой набор измерений, входе которых определялись уровни мРНК 1800 выбранных генов (располагаются сверху вниз) у 142 различных линий ра ко выл клеток человека (располагаются слева направо), каждая — от разного пациента. Каждая неб плыла я красная полоса обозначает, что данный ген у данной опухоли транскрибируется на уровне, значительно превышающем средний во всех клеточных линиях. Каждая небольшая зеленая полоса указывает на уровень экспрессии ниже среднего, а каждая черная полоса отмечает уровень экспрессии, близкий к среднему значению среди различных опухолей. Метод, использованный для получения этих данных (выделение мРНК с последующей гибридизацией с ДНК-чипами), описан в главе 8 (равд. 8.3.4).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
