Диссертация (1145742), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Показано, что во время митоза разнообразные транскрипты компактнолокализуются в области центриолей и перемещаются лишь в одну из дочерних клеток.Примечательно, что подобный механизм сегрегации, ассоциированный с центриолями,ни у кого, кроме как у гастропод, не встречается.
У тех же моллюсков существуютпримеры и более равномерного распределения продуктов регуляторных генов. Вчастности мРНК Twist у Crepidula наследуется от яйца множеством бластомеров (Henryet al., 2010; Perry et al., 2015), так что отдельной мезодермальной Twist-положительнойлинии не возникает.У пиявки Helobdella транскрипты Twist в ходе ооплазматической сегрегациипопадают в телоплазму зиготы (Farooq et al., 2012). Установлено, что за этуспецифическую локализацию мРНК Twist отвечают особые семинуклеотидные повторыARE2, находящиеся в 3’ UTR этого гена.
В ходе дальнейшего развития и мРНК ибелковый продукт Twist наследуются большинством бластомеров, а преимущественномезодермальная экспрессия Twist наблюдается лишь на стадиях сегментации (Farooqet al., 2012). В UTR исследованных генов Avi-twist и Pdu-twist элементов ARE2обнаружено не было. Учитывая различия механизмов ооплазматической сегрегации упиявок и полихет (Astrow et al., 1989; Dondua et al., 1997; Костюченко, Дондуа, 2000),можно предположить, что функциональные элементы ARE2 независимо возникли придивергенции Twist Helobdella в связи с механизмами формирования телоплазмы.Общим для гомологов Twist с материнской экспрессией, изученных у Spiralia,является наследование мРНК этого гена большинством бластомеров на ранних стадияхразвития.
По нашим данным в период дробления транскрипты Avi-twist, как итранскрипты Pdu-twist (Pfeifer et al., 2014), не претерпевают избирательной сегрегациив определенную клеточную линию. мРНК гомологов Twist у нереид распределяется посвободной от желтка цитоплазме, сконцентрированной на дорсальной стороне. Такойпаттерн экспрессии делает неочевидной роль Twist в определении мезодермальнойидентичности.140Лишь в конце спирального дробления наблюдается некоторая концентрацияпродукта Avi-twist в мезодермальном соматобласте 4d (Рис. 22 А).
Результаты ОТ-ПЦРсвидетельствуют о том, что до завершения дробления зиготической транскрипции Pdutwist не происходит (Рис. 21). Стало быть, преимущественная экспрессия Twist у нереидв бластомере 4d осуществляется либо за счет большего содержания в немунаследованной цитоплазмы, свободной от желтка, либо за счет селективнойдеградации мРНК в остальных клетках.Следует отметить, что типичным для гомологов Twist является отсутствиематеринских транскриптов в яйце. У большинства организмов, в том числе моллюскаPatella (Nederbragt et al., 2002), полихеты Capitella (Dill et al., 2007), книдарииNematostella (Martindale et al., 2004), дрозофилы (Thisse et al., 1987b), нематодыCaenorhabditis elegans (Harfe et al., 1998) и лягушки Xenopus (Hopwood et al., 1989)начало (зиготической) экспрессии Twist происходит после достижения стадии бластулыили гаструлы.
Очевидно, что активация экспрессии Twist у нереид во время оогенезаявляется вторично приобретенным признаком, по-видимому, связанным с раннейспецификацией клеточных линий при спиральном дроблении. Более того, учитываяразличия во времени запуска транскрипции Twist, в строении регуляторных элементови во внутриклеточной локализации мРНК у изученных аннелид, моллюсков,турбеллярий и брахиопод, можно с уверенностью говорить, что регуляция экспрессии ифункции Twist в раннем развитии разных групп Spiralia эволюционировали независимо(Козин, Костюченко, 2016; Kozin et al., 2016). Полученные данные позволяютпредположить, что у эррантных полихет, таких как нереиды A.
virens и P. dumerilii,материнские продукты Twist участвуют в автономной спецификации энтомезодермы.Появление экспрессии Avi-twist в эктомезодермальных микромерах 3a–3d наранних этапах гаструляции отражает активацию зиготической транскрипции гена. Этотже факт подтверждается и с помощью ОТ-ПЦР на Pdu-twist, и в экспериментах потрансгенезу P. dumerilii. Довольно часто зиготическая экспрессия гомологов Twistприурочена к области бластопора. Циркумбластопоральная (т.е.
организованная в видекольца вокруг бластопора) экспрессия Twist, выявленная на стадии гаструлы у A. virens,также характерна в явном виде для книдарии, брахиоподы и ланцетника (Yasui et al.,1998; Martindale et al., 2004; Passamaneck et al., 2015). Важно, что в большинствеслучаев Twist проявляет исключительную мезодермальную (а зачастую, как и Avi-twist –панмезодермальную)специфичность.Таким141образом,благодарянашемуисследованию, следует признать, что Twist на сегодняшний день является наиболееранним панмезодермальным маркером Bilateria (Kozin et al., 2016). Подобнаяинвариантная тканеспецифичность и неизменная функциональная связь геновсемейства Twist с развитием мезодермы отражают исключительную консервативностьмолекулярных путей сегрегации зародышевых листков.Наши данные всесторонне поддерживают идею, что циркумбластопоральнаязакладка мезодермы эволюционно первична (анцестральна) для Bilateria (Lartillot et al.,2002b; Technau, Scholz, 2003; Martindale et al., 2004).
Такая позиция, однако, ставит подсомнение выделение экто- и энтомезодермы Spiralia, как зачатков, произошедших вэволюции от разных зародышевых листков. Большинство авторов склоняется комнению о формированию мезодермы из энтодермы (мезэнтодермы) двухслойногопредка (см. разделы 1.1.1 и 1.1.2). Следует иметь в виду, что у видов с утраченнымспиральным дроблением отсутствует особый дорсальный мезодермальный зачаток,эквивалентный энтомезодермальному соматобласту 4d аннелид и моллюсков. Этоведет нас к выводу о том, что энтомезодерма может представлять собой инновациюразвития, характерную для группы типов Eutrochozoa (Kozin et al., 2016).
Поальтернативному сценарию эктомезодерма могла независимо появляться в разныхтаксонах Spiralia (Perry et al., 2015), что отчасти подтверждается нестабильностью ееклеточных источников в эмбриогенезе. Прояснить эту проблему мог бы более широкийв филогенетическом отношении подбор объектов исследований, у которых следовалобы проанализировать молекулярный профиль мезодермальных зачатков. Выявлениеобщих молекулярных маркеров позволило бы установить первоначальный паттернпредкаиспособствовалораскрытиюпутейэволюционныхпреобразований,определивших облик ныне живущих организмов.4.3. Молекулярное паттернирование мезодермы в ходе ларвальногоразвитияВ отличие от тщательно проработанной модели транскрипционной регуляциимиогенеза у мыши и дрозофилы (см. раздел 1.1.3) для представителей Spiralia загадкойостается и полный набор мезодермально-специфичных генов, и конкретная функцияхотя бы одного из них.
До последнего времени это было обусловлено отсутствиемподходящих методик и удобных модельных объектов. На роль последних сейчаспретендуют несколько видов планарий, гастропод, пиявок и нереидные полихеты. В142настоящей работе у нереид были идентифицированы гомологи некоторых важныхрегуляторных генов, таких как Twist, Mox, Evx, Vasa, PL10, Piwi и выявили их экспрессиюв производных мезодермы (Рис.
56).Рис. 56. Морфогенез и молекулярное паттернирование мезодермы у A. virens.Отображены только мезодермальные домены экспрессии Twist (красный), Evx(голубой), Mox (зеленый), Vasa (синий градиент), PL10 (желтый), Piwi (розовый143градиент). Области перекрывания экспрессии Twist и Evx показаны фиолетовым, Twist иMox – коричневым. Стадия развития указана под каждым изображением. А, Б –вегетативная проекция, дорсальная сторона снизу, экспрессия наблюдается в клеткахосновательницах энтомезодермы (бластомеры 4d и М) и эктомезодермы. Макромерына дне бластопора (серая заливка) и мезодерма интернализуются в ходе гаструляцииза счет обрастания эктодермой (белая заливка). Пунктиром на Б обозначенывентральный и латеральные края бластопора. В–И – вентральная проекция,анимальный полюс вверху.
В – пролиферация М-клеток дает начало мезодермальнымполоскам (МП), которые распространяются вперед, экспрессируя Evx (во всех клетках) иTwist (в отдельных клетках по всей длине МП). Г, Д, Ж–И – у трохофор количествомезодермальных клеток продолжает увеличиваться, МП разрастаются латерально(вдоль дорсовентральной оси). Twist и Mox экспрессируются в перекрывающихсяэнтомезодермальных доменах, демонстрируя метамерный билатеральный паттерн (Г,Д). Ж–И – Vasa и Piwi имеют встречно направленные градиенты экспрессии в МП,сигнал PL10 распределен по мезодерме равномерно. Е – к стадии раннейметатрохофоры домены экспрессии Twist и Mox в энтомезодерме сегрегируются иболее не пересекаются. Эктомезодермальная экспрессия обозначена белымтреугольником, Х – вегетативный полюс, звездочка – область стомодеума, пт –прототрох, хм – хетоносный мешок.В ряде случаев полученные описания являются пионерными для биологииразвития аннелид (Козин, Костюченко, 2016; Kozin et al., 2016).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
