Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 443
Текст из файла (страница 443)
22.7. Мышь Мышиный зародыш — крохотный и скрытый во чреве своей матери, является для биологии развития крепким орешком. Однако он имеет две неоспоримо притягательные стороны. Во-первых, мышь относится к млекопитающим, а млекопитающие — к животным, которые нас, как представителей человечества, занимают более всего. Во-вторых, среди млекопитающих мышь — один из наиболее удобных для генетических исследований организмов, поскольку она мала и быстро размножается.
Эти два фактора подстегнули огромную научно-исследовательскую работу, увенчавшуюся разработкой некоторых весьма эффективных экспериментальных процедур. благодаря всем этим качествам мышь стала главным модельным организмом для экспериментирования в области генетики млекопитакяцих и выступила наиболее интенсивно изучаемым заменителем человека.
Нас разделяет всего лишь около 100 миллионов лет эволюции. Ее геном того же размера, что и наш, и между генами мыши и человека имеет место почти взаимно однозначное соответствие. Наши белки, как правило, идентичны на 80 — 90 ' 1если судить по последовательности аминокислот), а при сравнении последовательностей регуляторной ДНК обнаруживаются также и протяженные блоки близкого подобия нуклеотидной последовательности.
2108 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности Изобретательность и упорство искусников биологии развития помогли им найти подходы к раннему зародышу мыши, дающие возможность ие нарушать его покой, а также разработать способы выведения мышей иа заказ — с мутациями в любом желаемом гене. Сейчас почти любая геиетическая модификация, которая может применена к червю, мухе или даиио рерио, может быть осуществлена также и для мыши, причем в некоторых случаях даже с ббльшим изяществом. Затраты иа исследования с мышами намного выше, однако оии немало умаляются иа фоне столь же высокой отдачи.
В итоге мышь стала ценнейшим кладезем информации обо всех сторонах молекулярной генетики развития — ключевой модельной системой ие только для млекопитающих, ио также и для других животных. Оиа дала иам, к примеру, ббльшую часть известных нам сведений о генах Нох, о лево-правой асимметрии, о контрольных точках запрограммированной смерти клетки, о роли сигнального пути 1Чо1сй и многих других вещах, так или иначе связанных с развитием. Мы уже неоднократно обращались к данным, полученным в моменты взаимодействия с мышами. В следующей главе, где мы обсуждаем ткани взрослого и происходящие в иих процессы развития, мы будем опираться иа иих даже еще основательнее. В этом параграфе мы рассмотрим характерные особенности развития мыши, благодаря которым и появилась возможность разработать методологию генетических манипуляций. Кроме того, примера ради мы вкратце расскажем о том, как мышь помогла иам осветить еще один важиый вопрос, затрагивающий развитие, — вопрос об образовании органов типа легких и желез за счет взаимодействий между зародышевой соединительной тканью и эпителием.
22.7.1. Развитие млекопитающих начинается с особой стадии Зародыш млекопитающего начинает свое развитие исключительным образом. Огражденный от внешнего мира в матке матери, ои ие испытывает потребности (присущей зародышам большинства остальных видов) как можно быстрее пройти все ранние стадии развития. Более того, развитие плацеиты скоро начинает обеспечивать питание от матери, так что яйцеклетке иет необходимости содержать большие запасы исходных продуктов типа желтка. Яйцеклетка мыши имеет диаметр лишь около 80 мкм, и поэтому ее объем примерно в 2 000 раз меньше, чем таковой типичного яйца земноводного.
Ее деления при дроблении происходят ие быстрее, чем деления многих обычных соматических клеток, и транскрипция генов иачииается уже иа 2-клеточиой стадии. Что более важно, если поздние стадии развития млекопитающего подобны таковым других позвоночных животных типа Хепории, то в самом его начале млекопитающие делают большой крюк, необходимый им для формирования сложного набора структур, в особенности амииотического мешка и плацеиты, которые охватывают зародыш вместе с защищакяцей его средой и обеспечивают ему обмен метаболитами с матерью. Как и остальная часть тела, эти структуры происходят пз оплодотворенной яйцеклетки, ио называются внезародышевыми, потому что отбрасываются при рождении и ие образуют никакой части взрослого организма. Подобные придаточные структуры формируются в процессе развития птиц и пресмыкакицихся.
События иа ранних стадиях развития мыши подытожены иа рис. 22.88. Оплодотворенная яйцеклетка делится и производит 1б клеток иа 3-й день после оплодотвореиия. Поначалу клетки сплачиваются очень слабо, ио начиная с 8-клеточиой стадии оии слипаются сильнее и подвергаются уплотнению, в результате чего образуют плотный шар клеток, именуемый морулой (от латинского 2М дня: 4 дня: 1и дня: 8 клеток, 3 дня: оплодотворенная яйцеклетка мыши 2 клетки морула 1Б клеток бпвстоцнсты полярное уплотнение ~й~ИМ Рис. 22.88. Ранние стадии развития мыши. Вителлиновый слой — желеобразная оболочка, из которой зародыш высвобождается по прошествии нескольких дней после оплодотворения и имплантируется в стенку матки.
(Фотографии любезно предоставлены Ратас(а Св(вгсо.) слова, означающего «тутовая ягодаь) (рис. 22.о()). Между клетками образуются верхушечные плотные соединения, наглухо запечатывающие внутреннюю часть морулы от внешней среды. Вскоре после этого развивается внутренняя полость, преобразующая морулу в бластоцисту — полый шар. Внешний слой клеток, образующий стенку этой сферы, называют трофобластолг. Из него в свое время разовьются внезародышевые ткани. На одной стороне полости располагается вну тренний ком клеток, называемый ынупгреггнеи клеточной згассои. Он даст начало всему телу собственно зародыша.
После того как зародыш покинул свою желеобразную оболочку тприблизитель но на четвертый день), клетки трофобласта образукл плотный контакт со стенкой матки, начиная процесс имплантации, который приведет к обргвюванию плаценты. в) г) 10 мкм Рис. 22.89. Растровые микрофглоснимки зародыша мыши нв ранних стадиях развития. Вителлиновый слой удален. а) Двуклеточная стадия.
б) Четырехклеточная стадия (наряду с четырьмя бластомервми, видно полярное тельце — см. рис. 21.23). е) Уплотнение из восьми- в шестнадцзтиклеточную морулу. г) Блвстоцистз. (Снимки а-в любезно предоставлены Рвтпс(в Св(згсо; фото г взято из Р Са(в гсо апг) С.!. Ерзте!и, рек Вю!. 32: 208-213, 1973. Все с благосклонного разрешения издательства Асзг(его!с Ргем.] 22.7. Мышь 2111 Эти данные позволяют сделать два вывода. Во-первых, па ранних стадиях развития отвечающая за него система самонастраивается, так что даже в случае нарушения стартовых условий формируется нормальная структура организма.
Как принято говорить, целые зародыши или отдельные их части, обладающие этим свойством, являются регуляторными. Во-вторых, отдельные клетки внутренней клеточной массы первоначально полипотенциальны или очень близки к этому; хотя опи не способны сформировать трофобласт, но могут дать начало любой части тела взрослого организма, в том числе и половым клеткам. 22.7.3. Зародыш млекопитающих содержит тотипотентные эмбриональные стволовые клетки Если нормальный ранний зародыш мыши пересадить в почку или яичко взрослого животного, то его развитие после этого нарушится, но не приостановится до конца.
Результатом явится причудливое опухолевое разрастание, извеспюе под названием тератома, которое состоит из дезорганизованной массы клеток, содержащей дифференцированные ткани многих разновидностей — кожную, костную, железистого эпителия и так далее — вперемешку с недифференцированными стволовыми клетками, продолжающими делиться и создавать еще больше этих дифференцированных тканей. Исследование стволовых клеток в тератомах и опухолях родственных им типов привело к озкрытию, что их поведение отражает замечательное свойство клеток нормальной внутренней клеточной массы: попав в подходящую среду, они могут быть индуцированы к неограниченному разрастанию при сохранении своего поли- потенциального характера.
Культивируемые клетки, обладающие этим свойством, называют эмбриональными етволовыми клетками, или, сокращенно, ЕЯ клеткамиг. Их можно получить, поместив нормальную внутреннюю клеточную массу в культуру и рассевая клетки по мере их разрастания. Отделение клеток от своих обычных соседей и помещение их в соответствующую культуральную среду, несомненно, блокирует нормальную программу изменения характера клегки со временем и тем самым позволяет клеткам продолжать неограниченно делиться без дифференцировки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
