Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 422
Текст из файла (страница 422)
2222 Прослеживание последоаательности клеточных поколений а зародыше курицы на ранней стадии развития. Изображения е верхнем ряду получены при малом увеличении и паказыаают целый зародыш; а нижнем ряду — части его тела; видно распределение меченых клеток. Эксперимент с праслежиеанием судеб отдельных клеток выявляет сложные и масштабные их перестройки. а, г) Двумя крошечными пятнышками флуоресцентной краски, красным и зеленым, помечены малые группы клеток а зародыше после 20-ти часов инкубации. Хотя к этому времени зародыш есе еще аыглядит как почти лишенный всяческих характерных черт лоскут ткани, а нем уже просматривается некоторая специализация.
Эти точки были помещены по обе стороны от структуры, называемой узлом. б, д) Шесть часок спустя некоторые из меченьж клеток остались а узле (который отодвинулся назад), даеая е этом месте яркое пятна флуорес цен ции, тогда как другие клетки начали перемещаться вперед относительно узла. е, е) Спустя еще 8 часов отчетливо проявляются общие контуры тела: голова на переднем конце (сеерху), центральная ось и ряды эмбриональных спинных сегментов, назыаае- мм мых сомитами, по обе стороны от нее.
Узел отступил еще дальше к хеостоаой части; одни из пераоначально помеченных клеток остались а узле и дают яркое пятно флуоресценции, а другие переместились е положенияя, далеко отстоящие от него впереди, и стали частями сомитоа. (Снимки любезно предоставлены д) е) аацое! Мепдеэ апд сеопог 5аоде.) всю структуру развивающегося тела (рггс. 22.6). Наблюдения такого рода могут быть расширены и уточнены, чтобы расшифровать лежащие в основе этих явлений межклеточные взаимодействия и правила поведения клеток. Такие эксперименты легче всего проводить иа крупных зародышах, которые легко поддаются микрохирургии.
Так, наиболее широко используемыми видами были птицы — особенно курица, и земноводные — особенно африканская шпорцевая лягушка Хепорт (аеогз. 22Л.Б. Исследования мутантных жиаотных помогают идентифицироаать гены, кото)зые упрааляют прОцессами )зазаитий Специалисты в области генетики развития начинают свои исследования с от. бора мутаитиых животных с ненормальным развитием.
Обычно это осуществляется посредством генетического опгбора, описанного в главе 8. Родительские животные обрабатываются химическим мутагеиом или иоиизирующим излучением с целью вызвать мутации в их зародышевых клетках, далее изучается большое число их потомков. Те редкие мутантные особи, которые показывают некоторое интересное отклонение в развитии, к примеру, аномальное развитие глаза, — отбираются для дальнейшего изучения. Таким способом можно обнаружить гены, которые нужны именно для нормального развития любой выбранной для изучения особеи. ности организма.
Путем клонирования и секвеиироваиия гена, найденного таким 2[)с)Ф: чвсгть 3'; [с)сетки в.'контексте их.'сов)зиму)ности пересадка небольшой группы клеток зародышу двукпвточный зародыш почти полностью разделен надвое волосяной Рис. 22.6. Некоторые поразительные результаты, полученные экспериментальной змбриологией. На изображении о находящийся нз ранней стадии развития зародыш земноводного почти полностью разделен на две половины волосяной петлей. На изображении б зародышу земноводного нв несколько более поздней стадии развития пересаживается маленькая группа клеток от другого эмбриона того же возраста.
В результате этих совершенно разных по сути операций единичный зародыш развивается в пару соединенных (сиамских) близнецов. В эксперименте о возможно даже разделить зародыш на две абсолютно отдельные половины; в таком случае получаются два самостоятельных правильно сформированных головастика. [Изображение о переработано нв основе Н. 5регпапп, ЕгпЬгуоп!с печеоргпепс зпгг !пдцсбоп. Меж Начеп: уа1е цпшегзйу Ргезя 1938; изображение б построено на основе г. НомгеСег а пгг Н. На го Ьц гвег,! и Апа1 уйз ог Оече! оргпепг [В.
Н. чу! аег, Р. А. ууе)зз апгг Ч. Нв гни гвег, еггз.), рр. 230-296. РЫ)зггегрыа: 5эопггегз, 1955.) образом, можно опознать его белковый продукт, исследовать, как он работает, и начать анализ регуляторной ДПК, которая управляет его экспрессией. Генетический подход проще применить к животным малых размеров с коротким временем смены поколений, которых можно выращивать в лаГюраторин. Первым объектом, выбранным для подобного рода исследований, была плодовая мушка Огозоргггта те[аподазгел которую мы обстоятельно рассмотрим ниже.
Однако тот же подход был успешен и с нематодой Саепог)гаЬйггз е[едапз, и с рыбой Ггапго г.егги, и с мышью Миз гпизси[ид Безусловно, лкгдей никто не будет подвергать направленому мутагенезу, но в ходе медицинских обследований у них нередко вы являют генетические нарушения. У людей возникаег множество мутаций, вызываю щих совместимые с жизнью отклонения, поэтому исследования таких пациентов, а также их клеток, обеспечивают важные предпосылки к пониманию процессов развития организма человека. 22. 1.6. Задолго до видимых изменений клетка принимает решения, сВязанные с развитием Путем простого наблюдения или с помощью индикаторного красителя и прочих методов мечения клеток, можно обнаружить, каков будет путь дифференцировки 22Л; УНИВЕРСЬДЬИЫЕ йЕХаийЗГВй Рчаазйнтйв жИВОтНЫХ.:2097 вечности, а ие ее основанию.
Очевидно, сигнальная система, которая управляет рыли тами между частями конечности, одинакова у ноги и у крыла. Различие между этими двумя конечностями следует из различия во внутренних состояниях образующих их клеток, установившихся в начале развития конечности. Различие позиционного значения между клетками передней конечности позво ночного и клетками задней конечности обусловливает экспрессию разных наборов геиов, кодирующих регуляториые белки, которые, как думают, заставляют клетки в зачатках обеих конечностей вести себя по разному (рис.
22.9). Позже в этой главе мы объясним, как в отдельном зачатке конечности устанавливается следующий, более детальный уровень структуры. ТЬхб ТЬх4 т мм зачаток зачаток крыла лапки Рис. 22.9. Зародыши курицы на б-й день инкубации; видны зачатки конечностей, окрашенные путем гибридизации ю зди с зондами для обнаружения экспрессии генов ТЬх4, ТЬх5 и РГЬг|, кодирующих родственные регулирующие гены белки.
Клетки, экспрессирующне ген ТЬх5, формируют крыло; что экспресснрующие гены ТЬх4 и Рйх1, формирукп ноги. Искусственная экспрессия гена Рхх1 в зачатке крыла приводит к развитию этой конечности с признаками, свойственными ноге. (Снимки любезно предоставлены Ма)со!гп Собапй 22.1.8. Индуктивные сигналы могут привести и появлению упорядоченных различий мезкду первоначально идентичными клетками На каждой стадии своего развития клетке зародзяша предоставляется ограни чеииый набор вариантов, зависящий от состояния, которого оиа достигла; клетка продвигается по многократно разветвляющемуся пути развития.
В каждой ветви пути оиа должна делать выГюр, и последовательность сделанных сю выборов определяет ее конечное специфическое состояние. Таким вот образом создается сложное множество клеток разного типа. Чтобы понять развитие организма, иам необходимо знать, чему подчинен каж дый выбор между вариантами, и как эти варианты зависят от выборов, сделанных ранее. Сведем атот вопрос к его наипростейшей форме: за счет чего две клетки с одним и тем же геиомом, ио разделенные в пространстве, все более и Гюлее различаются друг от друга по ходу развития? Наиболее прямой способ сделать клетки различными — подвергнуть их воз действикт разных окружающих сред, причем наиболее важные внешние стимулы, воздействующие иа клетки зародыша, — это сигналы от соседних клеток.
Таким образом, в соответствии с самой общей схемой образования структур, группа клеток начинает с того, что сгктоит из элементов с одинаковым потенциалом развития. Затем сигнал от клеток извне этой группы переводит одного или нескольких ее членов индуктивныи сигнал опосредствуемые молекулами, клетки, направленные способными распространяться че на новый путь развития рез внеклеточную среду. Группу первоначально подобных клеток, компетентных отвечать на сигнал, иногда называют группой эквивалентности, или морфогенетическим полем.
Эта группа может состоять только как из двух, так и из тысяч клеток, причем в зависимости от силы и распределения сигнала, индуцировано может быть любое их число. Рис. 22.10. Отправление индуктивных сигналов 22.2.9. При асимметричном делении клетки могут возникнуть отличакгщиеся друг От друга сестринские клетки Рост многообразия клеток не всегда должен зависеть от внеклеточных сигналов: в некоторых случаях сестринские клетки рождаются разными в результате асимметричного деления клетки, при котором во время деления материнской клетки некоторый значительный набор молекул неравноценно распределяется между обеими дочерними клетками. В дальнейшем такая асимметрично разделенная молекула (или набор молекул) выступает в роли определителя, или детерминанта одного из путей дифференцировки клетки путем прямого или косвенного изменения экспрессии генов в дочерней клетке, которая ее получила (рис. 22.П ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
