Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 426
Текст из файла (страница 426)
е(едагцс В яйце нематоды, впрочем, как и в остальных клетках нематод и иных жи потных, белки Раг (п(юдукть( генов Раг) сами по себе расположены асимметрично: одни в одном конце клетки, другие — в другом. В яйце они нужны для того, чтобы доставлять группу рибонуклеггпротендных частиц, называемых Р зранцлы к заднс му полюсу так, чтобы задняя дочерняя клетка наследовала Р гранулы, а передняя дочерняя клетка не наследовала их. На протяжении нескольких последующих делений клеток белки Раг работают подобным же образом, ориентируя митотн ческое веретено деления и отделяя Р гранулы одной дочерней клетки в каждом митозе, до тех пор, пока на 16 клеточной стадии не остается только одна клетка, содержащая Р гранулы (рис.
22.19]. Эта единственная клетка и основывает линию половых клеток. Специализация предшественников зародышевых клеток с появлением у них отличий от прсдшествснников соматических кггеток -- ключевос событие в развитии И~Е ИИИИ Рис. 22.19. Асимметричные деления, обусловливаюгцие распределение Р-гранул в клетке- основательнице зародышевой линии у С егедопз. На микрофотографиях в верхнем ряду показана схема деления клеток ядра нлеток он рашен ы в синий цвет спе цифичным к Дни флуоресцентным красителем; ниже показаны те же самые клетни, онрашенные антителом к Р-гранулам.
В неоплодотворенном яйце (не показано] зти маленькие гранулы (0,5-1 мнм в диаметре] распределяются случайным образом по всей цитоплазме. После оплодотворения, при каждом делении клетки вплоть до 16-клеточной стадии и они, и внутриклеточные машины, которые регулируют их асимметричную локализацию, наследуются одной дочерней клеткой. (Изображения любезно предоставлены 5цзап 5ггогпе ] 22 2. СоепогпоЬ4111з е1едопги развитие с точки зрения отдельной клетки 2023 фактически всех видов животных, и этот процесс имеет общие черты даже среди животных, относящихся к типам, для которых характерно весьма разное строение тела. Так, у дрозофилы частицы, подобные Р-гранулам, также отделяются в один конец яйца и включаются в содержимое клеток-предшественниц половой линии, где и определяют путь их дальнейшей дифференцировки.
Подобные явления наблк>даются у рыб и лягушек. У представителей всех видов этих животных можно найти по крайней мере некоторые одинаковые белки в определяющем зародышевые клетки материале, в том числе гомологи связываюгцегося с РНК белка, называющегося Уаза. Как работает Чаха и родственные ему белки, а также молекулы РНК, в процессе определения клеток половой линии, все еще не известно. 22.2.4. За счет межклеточных взаимодействий создаются последовательно усложняющиеся структуры организма Яйцо С. е1едапз, равно как и других животных, представляет собой необычайно крупную клетку, обладающую достаточным пространством для формирования сложных внутренних структур. Вдобавок к Р-гранулам под управлением белков Раг и другие факторы распределяются упорядоченным образом вдоль его переднезадней оси и таким образом расходятся по разным клеткам по мере того, как яйцо проходит свои первые несколько циклов деления.
Эти деления происходят без роста (так как питание не может начаться, пока не сформируются рот и кишечный тракт), и поэтому яйцо дробится на все более мелкие клетки. Несколько из этих локализованных в пространстве факторов являются регулирующими гены белками, которые работают непосредственно в унаследовавшей их клетке и возбуждают или блокируют экспрессию определенных генов, тем самым усиливая отличия этой клетки от ее соседей и направляя ее на специализированный путь дифференцировки.
Если первые немногие различия между клетками вдоль передке-задней оси С. е1едапз проистекают из асимметричных делений, то дальнейшее конфигурирование, а в том числе и схема расположения типов клеток по другим осям, зависит уже от межклеточных взаимодействий. Клеточные линии в зародыше настолько воспроизводимы, что отдельным клеткам можно присвоить названия и опознавать их потом в каждом животном (рис. 22.20)„.к примеру, клетки на четырехклеточной стадии развития называют АВа и АВр (две передние сестринские клетки) и ЕМВ и Р (две задние сестринские клетки).
В результате асимметричных делений, которые мы только что описали, клетка Рт экспрессирует сигнальный белок и выставляет его на свою поверхность — присущий нематоде гомолог белка 1)е11а (лиганда белка Хо1сп), — тогда как клетки АВа и АВР экспрессируют соответствующий трансмембранный рецептор — гомолог белка Ио(сЬ. Продолговатая форма оболочки яйца обусловливает такое расположение этих клеток, что наиболее передняя клетка, АВа, и наиболее задняя клетка, Р, больше не находятся в контакте друг с другом.
Таким образом, только клетка АВр получает сигнал от клетки Р, в итоге чего клетка АВР начинает отличаться от клетки АВа и намечается будущая дорсально-вентральная ось червя (рис. 22.21). В то же самое время клетка Рз экспрессирует также и другую сигнальную молекулу, белок Юп1, который воздействует на рецептор белка тт'п1 (белок Гг)гг!сч)), размещенный в мембране клетки ЕМБ. Этот сигнал поляризует клетку ЕМВ относительно ее участка контакта с клеткой Р, управляя ориентацией митотического веретена деления. После этого клетка ЕМВ делится и дает две дочерние клетки, которые направляются на разные пути дифференцировки в результате действия ~~,-".-;,;'!~':: „.-' 22г2г Салпог))аЬФ(хе)йдапфРазви~неаточки зйеиии отдепьиой Впетки Ю25 Рис.
22.21. Пути передачи межклеточных сигналов., управляющие назначением клеткам различных характеров в четырехклеточном зародыше нематоды. Клетка Р, использует сигнальный путь Мотсп, чтобы послать индуктивный сигнал клетке АВР, заставляя ее принять специализированный характер. У клетки АВа есть весь молекулярный аппарат, чтобы реагировать таким же образом на тот же сигнал, но она не делает этого, потому что находится вне контакта с клеткой Р .
Тем временем сигнал Шпт от клетки Рз заставляет клетку ЕМ5 ориентировать свое митотическое веретено деления и произвести две дочерние клетки, которые направляются на разные пути дифференцировки в силу их разной подверженности действию белка тчпб — клетку М5 и клетку Е (клетку-основательницу кишечника). С целью определения генов, вовлеченных но взаимодействие клеток Р. и ЕМЯ, применяли ~ енетический скрининг.
П)юводнли поиск мутант ных линий червей, у которых не индуцировалось пи одной каетки кишечника (названных мутан будущая будущая тами Мот, потому что они имели больше (тоге) клетка клетка МЗ Е мезодермы (теьодегш), гак как при нарушении индукции конечной целью дифференцировки обеих дочерей клетки ЕМЯ является мезодерма). Клонирование и секвенирование генов Мопг показало, что один из них кодирует сигнальный белок тзгпг, который зкспрессируется в клетке Р, тогда как другой кодирует белок Гг)22!ес) (рецептор белка Юпг), который экспрессируется в клетке ЕМЯ. Второй генетический скрининг проводили для поиска мутантных линий червей с противоположным фенотипом, у которых индуцируются лишние клетки кишечника (названных мутантами Рор по причине нарушения развития задней глотки (роз(епог Рйагупх)).
Оказалось, что один из генов Рор(Рор!) кодирует регуляторный белок (гомолог 1 ЕГ1 'ТСГ), активность которого у С. е1едапз подавляется в ответ на сигнал уу'пг. Когда актив ность белка Рор! отсутствует, обе дочерние клетки ЕМэ ведут себя, как если бы они получили сигнал тзгпг от клетки Р . Подобные генетические методы применяли и для определения генов, продукты которых опосредствуют зависимый от белка ЫогсЬ сигнальный путь от клетки Р к клетке ЛВа.
Продвигаясь дальше по этому пути, можно выстроить детальную картину решающих собьгтий в ходе развития нематоды, а также генетически детерминиро ванных механизмов, которые этими событиями управляют. 22.2.6. Со временем способность клеток реагировать на связанные с развитием сигналы изменяется Сложность организма взрослой нематоды достигается за счет повторного включения немногих формообразующих механизмов, в том числе тех, которые мы только что видели в действии на примере зародыша, делающего первые шаги в этой жизни. К примеру, клеточные деления с молекулярной асимметрией, зависящей от регулирующих гены белков Рор1, происходят на протяжении всего развития С.
е1еуаггз, создавая передние и задние сестринские клетки с разными свойствами. 2026 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности Как подчеркивалось ранее, хотя в разное время и в разных местах неоднократно действует один и тот же набор сигналов всего лишь нескольких типов, эффекты, которые они оказывают, отличаются между собой, потому что клетки запрограммированы реагировать на эти сигналы по-разному, в зависимости от их возраста и предыстории. Так, например, мы видели, что на четырехклеточной стадии развития зародыша одна клетка, АВр, изменяет свой потенциал развития из-за сигнала, полученного через путь Хо(сЬ.
На 12-клеточной же стадии развития и внучки клетки АВр, и внучки клетки АВа получают еще один сигнал Ыо1сЬ, на сей раз от дочерней клетки ЕМЯ. Внучка клетки АВа в ответ на этот сигнал изменяет свое внутреннее состояние и начинает формировать глотку. Внучка же клетки АВр ничего такого не делает -- в результате действия предыдущего сигнала Хо1сЬ она стала неотзывчивой к нему. Таким образом, в разное время своей истории и клетки линии АВа, и клетки линии АВр реагируют на сигнал Хо(сЬ, но исходы разнятся.
Так или иначе, на 12-клеточной стадии сигнал ЫоссЬ индуцирует образование глотки, но на 4-клеточной стадии тот же сигнал Ыо(сЬ оказывает уже другие воздействия, в числе которых и предотвращение индукции глотки сигналом Хо1сЬ на более поздней стадии развития. Данное явление, когда один и тот же сигнальный механизм на разных стадиях развития и в разных контекстах вызывает разные последействия,— наблюдается в развитии всех животных, и у всех них сигнальный механизм Ыо(сЬ используется неоднократно и действует подобным же образом. 22.2.7. Гетерохронные гены управляют временным режимом развития Для изменения клетке не обязательно нужен какой-либо внешний стимул: одна группа регуляторных молекул внутри самой клетки может вызвать производство другой группы, и клетка может таким образом проходить через ряд различных состояний за счет своих собственных внутренних механизмов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
