Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 427
Текст из файла (страница 427)
Эти состояния отличаются не только по способности клетки к реагированию на внешние сигналы, но также и в других отношениях их внутренней химии, в том числе по наличию или отсутствию белков, которые останавливают или запускают цикл деления клетки. Таким образом, внутренние механизмы клетки, наряду с полученными в прошлом и получаемыми в настоящем сигналами, диктуют как последовательность биохимических изменений в клетке, так и хронологию ее делений. Определенные молекулярные детали механизмов, управляющих временной программой развития, все еще лежат под покровом тайны. Например, удивительно мало известно (даже в отношении зародыша нематоды при всей его надежно предсказуемой схеме клеточных делений) о том, каким образом управляется последовательность делений клеток. Однако для более поздних стадий развития, когда личинка уже кормится, растет и линяет, чтобы поскорее стать взрослой особью, удалось определить хотя бы некоторые из генов, которые управляют контролем клеточных событий во времени.
Мутации в этих генах порождают гетерохронные фенотипы: клетки в личинке на одной стадии ведут себя так, как если бы они принадлежали личинке на другой стадии, или же клетки во взрослом организме продолжают делиться, как если бы они все еше пребывали в личинке (рис. 22.22). При помощи серии процедур генетического анализа можно установить, что продукты гетерохронных генов действуют последовательно, формируя регуляторные каскады.
Любопытно, что два гена, начинающие свои каскады, названные Е1п4 и Еег7, кодируют не белки, а микроРНК вЂ” короткие нетранслируемые молекулы мутант гкпотерей з(зунювзи по гену спуд т "Я К т ц к я е О. Ф Рис. 22.22. Гетерохронные мутации в гене Ип14 у С. еlедапз. Здесь показаны воздействия только на одну из многих затронутых линий. Мутация потери функции (рецессивная) в гене ип14 вызывает преждевременное срабатывание схемы деления и дифференцировки клеток, характерной для поздней личинки, так что животное достигает своего конечного состояния преждевременно и с неестественно малым числом клеток.
Мутация приобретения новой функции (доминантная) имеет противоположный эффект — она заставляет клетки вновь повторять схемы деления, характерные для первой личиночной стадии, в силу чего личинка проходит целых пять или шесть циклов линьки и продолжает оставаться на стадии изготовленияя куги купы незрелого типа. Крестик обозначает запрограммированную смерть клетки. Зеленые липин представляют клетки, содержащие белок Цп14 (который связывается с ДН К), красные линки — те, что его не содержат. В ходе нормального развития личинки к началу ее питания запускается изъятие белка Цп14 из протеома. (Переработано на основе Н Атьгоз ап6 Н.
и. Нопбтт 5сГепсе 226: 409-416, 1984, с любезного разрешения издательства ААА5, и Р. Агзьш В. ФЛВЬтгпап апс) 6. Яич)гоп, бгокгтп Оек ЯдГпд 5: 1825-1833, 1991, с любезного разрешения издательства бгокль Риы(змпд Со.) регуляторной РНК, длиной в 21 или 22 нуклеотида. Принцип их действия основан на том, что они связываются с комплементарными погледовательностями в некодирующих областях молекул мРНК, транскрибируемых с других гетерохронных генов, и таким образом ингибируют их трансляцию и способствуют их деградации, как описано в главе 7. Повышение уровня РНК гена Ип4 влечет за собой перехол от поведения клетки, соответствующего личиночной стадии 1, к поведению клетки, характерному для личиночной стадии 3; повышение уровня РНК гена 1.е(7 обусловливает переход от поздней личинки ко взрослой особи.
Фактически РНК генов 1лп4 и 7.е17 были первыми микроРНК, описанными у какого-либо животного: именно в ходе исследований С. е(едаиз методами генетики развития и была открыта вся важность этих молекул, образуюших целый класс, для регуляции генов у животных. У многих других видов, в том числе у дрозофилы, аквариумной рыбки данно и человека, обнаружены молекулы РНК, идентичные или почти идентичные РНК "';!::,';::;::,"'.Г -.-424.' СаЕПОГйаЬСтЩВ1дфадд!, Раанниев С:тицгям 8(эфка)И Оттддят))нюиэтяитЗГЬГ" '2()27 В::— 2028 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности гена АеГ7.
Более того, оказалось, что эти РНК действуют подобным ей образом при регулировании уровня своих молекул-мишеней иРНК, и сами цели гомологичны целям РНК гена 1.е17 нематоды. У дрозофилы эта система молекул, как видно, участвует в процессе превращения личинки в муху, что говорит о консервативности ее роли в деле временной регуляции переходов между стадиями развития.
22.2.8. Клетки не отсчитывают число клеточных делений и, следовательно, не хронометрируют свои внутренние программы таким способом Так как шаги специализации клеток должны быть согласованы с делениями клеток, часто высказывают предположение о том, что цикл деления клетки может служить хронометром, позволяющим управлять темпом других событий в процессе развития. По этому представлению изменения внутреннего состояния клетки должны быть тесно связаны с прохождением через каждый цикл деления: клетка переходила бы в следующее состояние при прохождении митоза. Хотя действительно известны некоторые случаи, где изменения состояния клетки связаны с событиями клеточного цикла, но это далеко не общее правило.
Клетки в развиваюшихся зародышах, будь это черви, мухи или позвоночные, обычно придерживаются своего стандартного расписания событий предопределения и дифференцировки, даже когда прохождение через клеточный цикл искусственно блокируется. Конечно, возникают некоторые аномалии хотя бы потому, что одиночная неразделенная клетка не может дифференцироваться по двум путям сразу. Но в большинстве из всех изученных случаев видно, что клетка изменяет свое состояние по расписанию, более или менее независимо от событий ее деления, причем такие изменения состояний управляют и решением делиться, и выбором в отношении того, когда и как специализироваться. 22.2.9.
Избирательная гибель определенных клеток путем апоптоза входит в программу развития организма Регулирование численности клеток в ходе развития может осушествляться и посредством принудительной гибели клеток, а не только путем их поощрения к делению. Гермафродит С. е1едапз в ходе своего развития производит 1030 ядер соматических клеток, но 131 клетка из их числа умирает. Эти запрограммированные смерти клеток происходят по абсолютно предсказуемой схеме. В отношении С. е1едапз можно составить подробнейшую их хронику, потому что возможно проследить путь дифференцировки каждой отдельно взятой клетки и увидеть, которые из них умирают, пронаблюдав за тем, как каждая жертва самоубийства подвергается апоптозу и быстро поглощается и переваривается соседними клетками (рис. 22.23). У других организмов, где провести тщательное наблюдение гораздо труднее, такие случаи легко остаются незамеченными; но запрограммированная смерть путем апоптоза, вероятно, неизбежна для значительной части клеток, образующихся в организмах большинства животных.
Поэтому апоптоз играет существенную роль в процессе развития индивидуума, у которого клетки нужного типа разрастаются до заданного числа и занимают надлежащие места в организме, как обсуждалось в главе 18. Генетические скрининги С. е1едапз оказались критически важными для нахождения генов, регулирующих апоптоз, и еще раз показали его неоценимое значение 2030: .:ЧаСтЬ а;)0)ВГК)4.а Кбйтаиекта ККСОВОКУПНбСт)4 запрограммированной смерти клеток, управляющие апоптозом определенной подгруппы клеток в ходе нормальной программы развития. Также обнаружены гетерохроххые гены, которые управляют временным контролем событий. свя заххых с развитием, хотя в общем и целом хаше похимахие управления развати ем во времени все еще довольно приблизительно. Одхако есть падежные данные о том, что темп развития хе зависит от счетчика клеточных делений. 22.3.
ДРОЗОфИЛй И )У)ОЛЮКУЛЛРНВ)й РИН~тИКЗ Обрй~ОвйНИЛ 2ке)нР81 1)с ~трУкеУР: фОрйдирО82)ни0 О61Ц9РО лл~н~ СТРО~НИЯ'Е~ЛЗ Именно мушка Оговор!г!!а те!аподаз!ег (рис. 22. 24 ), больше чем любой другой организм, изменила наши представления о том, как гены управляют созданием плана строения тела. Анатомия дрозофилы сложнее таковой у С. е!едапз -- при более чем в 100 раз большем числе клеток она показывает Гюлее очевидные параллели со структурой нашего собственного тела. Удивительно. но плодовая мушка имеет меныпе генов, чем круглый червь С.
е!едапь, — приблизительно 14000 против 20 000. С другой стороны, на один ген у нее приходится почти вдвое больше ДНК (в среднем примерно 1О 000 нуклеотидов по сравнению с примерно 5000), поскольку ббльшая часть ее генома представляет собой некодирующие последовательности.
Иными словами, в зтом молекулярном конструкторе меньше деталей разных типов, но инструкции по сборке -- по крайней мере прописаннеяе в регуляторных после довательностях некодирующей ДНК, — описывают модель более пространно. Десятилетия генетических исследований, достигшие наивысшей точки в массовых систематических генетических скринингах, дали каталог управляющих развитием генов, которые определяют взаимное расположение клеток определенных ~ннов и про сгранственнукз конфигурацию структур гела мухи, а молекулярная биолог ия дала нам инструменты, позволяющие наблюдать зти гены в действии. С помощью гибридизации тп з!!и с применением ДНК или РНК.зондов, проводимой на целых зародышах, или при помощи окрашивания мечеными антителами с целью проявления картины распре деления определенных белков, можно непосредственно наблюдать, как в ходе развития лапка брюшко Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
