1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 91

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 91)

Мутации генов 11 и 12 приводят к образованиюцелой, но нестабильной частицы фага (У. Вуд и Р. Эдгар, 1969)можно получить целые фаговые частицы, обладающие инфекци­онной активностью.Используя такой метод, У. Вуд и др. смогли показать, какиекомпоненты бактериофага способны к самосборке, а на какихэтапах требуется действие генов, управляющих процессом по­строения частицы бактериофага (рис. 18.2). Многие из этих геноворганизованы в опероны, которые сгруппированы в несколькихучастках генетической карты фага Т4. Казалось бы, уже на уровнебиологической организации прокариот и их вирусов выработанынекоторые механизмы регуляции действия гена и генетическогоконтроля морфогенеза.

Хотя сборка надмолекулярных структурсоставляет важный этап внутриклеточного морфогенеза, эти про-Глава 18. Генетический материал в онтогенезеft 499цессы не достаточны для обе­спечениядифференцировкиклеток и тканей многоклеточ­ного организма.18.3. Детерминация идифференцировкаРазличные регуляторные сиг­налы, обеспечивающие вклю­чение и выключение генов, повидимому, представляют собойРис. 18.3.

Имагинальные диски личинкиважную составную часть меха­О. melanogaster и образуемые ими внизма дифференцировки клеток.период окукливания органы взрослогоДифференцировка клеток, илинасекомого (имаго) (Nothiger, 1972,их онтогенетическая диверген­по F. Ayala, J. Kiger, 1980)1 — верхняя губа; 2 — наличник; 3 — глаз ция, происходит на основе детер­и антенна; 4 — плечо; 5 — крыло и грудь; минации определенного клеточ­ного типа. Детерминация — это6 — первая нога; 7 — вторая нога; 8 —установление функциональноготретья нога; 9 — жужжальце (гальтер);состояния, ведущего к опреде­10 — брюшка; 11 — гениталииленному процессу развития, кдифференцировке в определенном направлении.Состояние детерминации, наследуемое при митотических деле­ниях клетки, изучено у D. melanogaster.После оплодотворения ядро зиготы у дрозофилы делится не­сколько раз, и только после 13 циклов последовательных деленийядра обособляются на периферии яйца в самостоятельные клетки,формирующие бластодерму.

Эти клетки уже детерминированы кразвитию различными путями, и личинка дрозофилы, появляющая­ся из яйца, уже содержит не только личиночные клетки, но и клеткибудущего имаго — взрослого насекомого. Эти клетки по мере росталичинки (и последовательных линек) делятся и образуют так назы­ваемые имагинальные диски.

Судьба клеток этих дисков уже предо­пределена (рис. 18.3) благодаря тому, что они получают набор ци­топлазматических детерминант, локализованных в районе кортексаооцита (см. далее — раздел 18.5).В том, что состояние детерминации наследуется при митотиче­ских делениях, можно убедиться, пересаживая имагинальные дискив брюшко другой личинки. При этом дифференцировка имагинальных дисков не происходит. Если после серии таких последователь-500 $3Часть 4. Структура и функция генаных трансплантаций имагинальный диск пересадить в полостьтела личинки, готовой к окукли­ванию, то взрослая муха будетиметь дополнительный орган:глаз, крыло, ногу и т.

д. в соответ­ствии с тем, какой имагинальныйдиск был взят исходно.Детерминацию,происходя­щую еще на стадии бласто­Рис. 18.4. Мутация antennapedia у D. mela­ дермы у дрозофилы, нарушаютnogaster превращает часть антенны втак называемые гомеозисныеструктуры, характерные для ноги (Turner,мутации. К их числу относят­Mahowald, 1979)ся: antennapedia — превраще­ние антенн в ноги (рис. 18.4);ophthalm optera — развитие крыла из имагинального диска глаза;proboscipedia — развитие ноги или части антенны (в зависимостиот температуры) вместо хоботка; у мутантов tumorous head ткани го­ловы замещаются другими типами тканей, включая структуры, ха­рактерные для гениталий, и т.

д. У гомеозисных мутантов нарушенсам процесс детерминации дисков, что и приводит в дальнейшем к«ошибкам» дифференцировки. Гомеозисные мутанты дрозофилы —удобная модель для изучения детерминации.Благодаря клонированию гомеозисных генов и гибридизацииДНК-ДНК из разных источников показано, что все исследованныегомеозисные гены дрозофилы содержат участок одинаковой нуклео­тидной последовательности, названной гомеобоксом. Гомологичныепоследовательности найдены в ДНК амфибий, мышей, человека ив локусе типов спаривания у дрожжей. Продуктами их являютсятранскрипционные факторы — белки или пептиды, содержащиет. н. гомеодомен с характерной вторичной структурой — «спиральповорот-спираль», связывающийся с ДНК и тем самым обеспечи­вающий регуляцию транскрипции.Гены, содержащие гомеобокс, собраны в группы, или кластеры.Обобщенно их теперь называют генами Н О Х (от Homeobox).

В ге­номе млекопитающих нашли 38 генов Н О Х , собранных в 4 класте­ра, примерно по 120000 пар нуклеотидов каждый. Их характернойособенностью оказалась «колинеарность» расположения генов вкластере и экспрессии в структурах последовательно расположен­ных вдоль оси тела. Чем больше Н ох-ген смещен к 5’-концу кла­стера в молекуле ДНК, тем в более каудальных отделах зародышаГлава 18.

Генетический материал в онтогенезе$8 501ГениталииТораксРис. 18.5. Типы трансдетерминации имагинальных дисков Drosophila (из Е. Hadorn,1968, по Suzuki et al., 1981)Выделены структуры, развивающиеся у взрослых мух из трансплантируемого диска.Стрелки — направления трансдетерминациион экспрессируется, создавая ряд позиционных сигналов вдольоси формирующегося животного или его органа.У дрозофилы сами гомеозисные гены находятся под регулятор­ным контролем двух групп генов: Polycomb (PC) и trx, мутации вкоторых проявляются так же, как и мутации в гомеозисных генах.Другой пример нарушения детерминации, обнаруженный у дро­зофилы, заключается в том, что иногда в процессе трансплантацииклетки имагинального диска трансдетерминируются.

Трансдетер­минация выражается в том, что, например, имагинальный диск ге-502 &Часть 4. Структура и функция генаниталий после превращения в окукливающейся личинке диффе­ренцируется не в половой аппарат, а в ногу. Трансдетерминация непроисходит случайно, а следует определенным закономерностям.Например, имагинальный диск гениталий может превратиться вдиск ноги, но никогда не превращается непосредственно в диск гла­за (рис. 18.5). Механизм этого явления еще не выяснен, однако ужепоказано, что трансдетерминация осуществляется в тех же направ­лениях, что и гомеозисные мутации, т.

е. трансдетерминация — этофенокопии гомеозисных мутаций.Именно в результате детерминации появляются т. н. стволовыеклетки, образующие при последующих делениях и дифференцировкете или иные органы и ткани многоклеточного организма. Стволовыеклетки привлекают все большее внимание исследователей в связи свозможностью их использования для трансплантации при замещаю­щей терапии заболеваний различных органов человека.18.4. Позиционная информация и картированиебластодермы у дрозофилыСудьба клеток бластодермы, образующихся в результате первыхделений дробления в яйце дрозофилы, т. е.

детерминация, зависитот их положения по отношению к длинной оси яйца. В то же времядифференцировка пола у дрозофилы автономна и в каждой клеткеопределяется соотношением половых хромосом и аутосом (см. гл. 7).Как уже известно, зиготы XX, из которых должны развиться самки,могут потерять Х-хромосому при первом делении ядра, и тогда раз­виваются билатеральные гинандроморфы, у которых одна половинатела женская (XX), а другая — мужская (ХО). Если исходная зиго­та была гетерозиготна по нескольким генам Х-хромосомы (у ct В/у+c f В +), то две половины тела будут различаться по ряду признаков:окраске тела — у, форме крыльев — ct, форме глаз — В и т. д.Некоторые мутации или перестройки Х-хромосом повышают ча­стоту потерь одного из гомологов, например, гетерозигота по нор­мальной и кольцевой Х-хромосоме с повышенной частотой теряеткольцевую Х-хромосому.

Такие потери могут происходить не толькопри первом делении ядра зиготы, но и на более поздних стадиях.В результате могут появиться мозаики, тело которых различным об­разом четко разделяется на женские и мужские участки (рис. 18.6).В 1929 г. А. Стертевант предложил метод картирования зачат­ков — клеток бластодермы, которые в дальнейшем дают начало темили иным структурам взрослого насекомого. В качестве меры приГлава 18. Генетический материал в онтогенезеРис. 18.6.

Различные гинандроморфы(мозаики) D. melanogaster (по Y. Hotta,S. Benzer, 1973)Женские части тела (окрашенные)образуют клетки XX. Мужские(светлые) — ХО (см. текст)Рис. 18.7. Иллюстрация принципа,используемого при картированиизачатков на бластодерме D. melanogasterПояснения в тексте503таком картировании А. Стертевант предложил использовать ча­стоту, с которой граница мужских(ХО) и женских (XX) тканей раз­деляет исследуемые органы има­го.

В 1969 г. А. Гарсиа-Беллидои Дж. Мерриам применили этотметод для построения карты бла­стодермы дрозофилы, показаврасположение на ней клетокпредшественниковразличныхорганов мушки.Подходы к картированию за­чатков (клеток бластодермы) и ккартированию генов (последнийтоже был предложен А. Стертевантом) сходны.

Разница только втом, что гены картируют на линии,а зачатки — на плоскости, котораясимволизирует развернутую по­верхность бластодермы. Если утрех органов А, В и С частота раз­деления А и В границей тканей ХОи XX у мозаиков составляет 10%,В и С — 8%, а А и С — 4%, то от­носительное расположение зачат­ков А, В и С определяется верши­нами треугольника со сторонами10,8 и 4 стерта. Стерт — это еди­ница картирования, соответствую­щая 1% частоты разделения ис­следуемых органов у мозаиковграницей между тканями ХО иXX.

Очевидно, что на основе дан­ных, полученных только для трехорганов, точки А, В и С нельзярасположить однозначно. Каждаявершина треугольника может за­нимать два симметричных поло­жения, как это показано для точкиС на рисунке 18.7. Правильное по-504 #Часть 4. Структура и функция генанервная системаРис. 18.8. Карта зачатков бластодермы D.

Характеристики

Список файлов книги