Фогель, Мотульски - Генетика человека - 2 (947312), страница 40

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

Текст из файла (страница 40)

Активность генон и раннем рязвнтнн Эмбриональное развитие удобно подразделять на две фазы: раннюю, включающую оплодотворение и несколько первых делений зиготы вплоть до образования гаструлы, и позднюю, на которой закладывается форма тела и развиваются органы. Результаты последних исследований экспрессии генов и ее регуляции в раннем развитии, полученные сначала на примитивных организмах, а впоследствии на млекопитающих, могут быть экстраполированы на человека [49; 12071. 1.

Главной генетической проблемой эмбрионального развития является дифференцировка. До сих пор непонятно, каким образом группы клеток приобретают различные функции, несмотря на то, что их геномы идентичны. В настоящее время теории дифференцировки на уровне ~снов можно считать опровергнутыми. Действительно, геномы всех клеток организма, за отдельными исключениями, идентичны. В классическом эксперименте, проведенном на лягушках, удалось показать, что в результате трансплантации ядра клетки кишечника в безъядерное яйцо происходит развитие полноценного организма.

Подобные эксперименты были осуществлены позднее и на мышах. Кроме того, гены гемоглобина бы.. выдслены из различных типов неэритро- поэтических тканей †фибробласт н лимфоцитов (разд. 4.3). Контроль дифференцировки на уровне [[ИК продеыонстрппован для иммуноглобулинов. Весьма возможно, что это не единственное исключение (разд. 4.4). Однако, как правило, контроль дифференцировки осуществляется на транскрнпционном уровне: дифференцированные клетки производят различные наборы мРНК. Возможна также регуляция на других уровнях, меньше связанная с первичной активностью гена. Точный мсханнзм такого контроля для высших эукариот не установлен, однако предполагают, что он может быть связан со структурой хромосом (разд. 2.3). 2.

Число различных мРНК, транслируемых в раннем эмбриональном развитии, достаточно велико, их набор изменяется в зависимости от стадии развития. Вероятно, для раннего эмбрионального развития требуется работа большого числа генов. 3. У иглокожих ранние стадии развития до или даже после гаструляции контролируются большей частью или исключительно материнским геномом. В зиготе имеется пул материнских мРНК, которые и обеспечивают этот контроль. Более того, тРНК и рибосомы — такжс материнского происхождения. Различные части отцовского генома начинают работать не строго одновременно.

В исследованиях, проведенных на мьцаах, были цолучевы несколько иные результаты [1070; !2081. Преямушество этой экспериментальной системы заключается а тоы, что а распоряжения ученых имеется много генетических линий как нормальных, так в аномальных мышей. Это позволило использовать современные аналитические методы и генетическое маркирование. Например, требуется выяснить, аа какой стадии начинается экспрессия генов эмбриона.

Установлено, что синтез РНК начинается уже яа стадии двух клеток, однако это егце нича~о ве говорит о синтезе белка. Эту проблему мы сумеем решить, если научимся (с немощью генетических маркеров) различать транскрипцию озцовского а материнского геномов. Появление у зародыша отцовских марксрных признаков указывает самую цозлвюю возможную стадию, на которой начинается экспрессия генов самого эмбриона.

(Впрочем, ае исключено, что транскраццая с материнского генома начинается раньше). Такие отцовские маркеры, ках НРКТ (раза. 4 2.2 6) 128 4 Действие генов или антиген НЪ', появляются на стадии 8 клеток, В-галактозндаза и )3-глюкозидаза на стадии 4, а синтез макроглобулина включается на стадии двух клеток (рис. 3.39). Более того, продемонстрировано, что оба сцепленных с Х-хромосомой гена НРВТ (из обоих геномов) функционируют до ее инактивации (разд. 2.3.3.3).

Поэтому соответствующая ферментативная активность у самок вдвое выше. Сложность такого рода опытов связана с определением пола. Впрочем, существует н альтернативный подход, состоящий в искусственном получении монозиготных близнецов. Зародыш на стадии двух клеток вымывают из фаллопиевых труб, клетки отделяют друг от друга и каждую из них выращивают в культу- ральной среде. В результате получают два генетически тождественных зародыша, один из которых используют для биохимического изучения, а другой для кариотипирования. Даже если геном эмбриона начинает экспрессироваться на стадии двух клеток, это еше нс означает, что такая экспрессия необходима для нормального развития.

Решению этого вопроса может помочь анализ генетических вариантов с аномалиями развития. Доминантная мутация олигосиндактилни обусловливает аномалии формирования конечностей и почек, у гомозигот по такой мутации развитие останавливается на шестом леленни зиготы Метафазы при этом похожи на мсгафазы клеток, обработанных ннгибнтором читоза колцемидом. Дефект образования версте.

на, приводящий к накоплению мстафазных клеток, был обнаружен уже на стадии бластоцисты, следовательно, уже на этой стадии необходима работа определенной части генов зиготы. Одинаков яи вклад материнского и атяавснага генотипа в гренагпип пататстваг Как уже отмечалось, отцовский генотип начинает функционировать в раннем развитии, что, однако, нс обяза~ельно означает равный вклад материнского и отцовского гсномов в развитие зародыша, особенно если учесть, что зигота содержит большое количес~во материнской РНК. Действительно, некоторыс биологические явления позволяют предполагать больший вклад материнского организма. Например, потомок от спаривания лошади н осла — мул- гораздо меныпе похож на осла, чем потомок коня и ослицы. У человека, как правило, слишком сложно количественно оцснить признаки, которые можно сравнивать у детей и обоих роди гслей.

Однако имеюгся некоторые данные (полученные с помощью семейного анализа), которые авилетельствуют в пользу большего схолсз ва в строении палъцев, кисти и стопы у детей и их матерей, чем у их огцов [1169; 12793. Заметим, что интерпретировать полобные результаты не просто. Ператанарцинапа мышей как инг'трумент иге.п довапия рагтега развития (11403. Возможности биохимического исследования ранних стадий развития млекопитающих на клеточном уровне сильно ограничиваются недостаючным количеством материала.

Многие важные события дифференцировки происходят, когда соответствующих клегок еще очень мало. Кроме того, клетки, находящиеся на различных стадиях дифференцировки, располагаются очень близко друг к другу. Недавно появилась возможность преодолеть некоторые иэ этих затруднений благодаря использованию клеток тератокарциномы мышей. Тератокарпинома яичников или семенников мышей возникает спонтанно или может быль индуцирована во многих инбрсдных линиях мышей Опухоли сосгояз нз разнообразных тканей, происходягцих из трех зародышевых слоев.

Кроме того. эмбрионоподобные злокачественные клетки демонстрируют инфильтративный рост Однако их дифференцированные варианты не являютск злокачественными. Клетки тератокарциномы можно получить в культуре; такие культуры способны расги и дифференцироваться в различные ткани. Получено множество линий эмбрноноподобных клеенок; если их инъецировать мышам, возникают опухоли, в состав которых входят различные типы дифференцированных клеток. Такис клетки во многом похожи на нормальные зародышевые клетки и при этом доступны в большом количестве.

Поэтому их можно использовать в качестве модельных систем для изучения дифференцировки Например, они смешиваются с нормальными зародышевыми клетками, если нх инъецировать в 4-дневную бластоцисту, что приводи~ затем к образованию генетических мозаиков. В культуре легко получи~ь большие количесзва самогонных клеток, происходящих из тератокарциномы, на определенной стадии дифференцировки Такие клезочные популяции могут быть использованы для биохимического анализа, результаты ко~араго сопоставимы с данными, полученными на эмбрионе.

Показано, что болыпинство классон мРНК являются общими для зародышевых клеток и предшественников клеток крови (миелобласгов), тогда как глобиновая мРНК обнаруживается в миелобластах, но не обнаруживается в зародышевых клетках. Кроме того, установлено, что обе Х-хромосомы в клональцых кульзурах недифференцированных клеток самок генетически активны; инактивацня одной из Х-хромосом происходит, когда начинается диффсрснцировка [8851. Особенно удобна данная система для исслелования роли поверхностных клеточных антигонов в днфферснцировке В равд.

3 5.5 при обсуждении главного комплекса гистосовмсстимости (МНС) указывалось, 5 185 что такие аптагены могут выполнять определенную функцию в двфференцяровке клеток. Обнаружено, что клетки раннего эмбриона совершенно лишены антвгева МНС Н-2 (он соответствует человеческому Н!.А); впрочем, в зтвх клетках имеются другие автвгены, например Р-9. Ов у1 рачввается, когда ранние эмбриональные клетки дифференцируются в фнбробласты, мвобласты в другие типы клеток, для которых характерно наличие Н-2 автвгена.

У взрослых животных петвгепы Е-9 можно обнаружить только в сперматогопвпльвых элементах. По-видимому, ови имеют отношение к комплексу генов Т?1. Некоторые аллелв этой системы нарушают нормальпос эмбриональное развитие, вызывают его остановку на определенных стадиях. Р-9 играет также определенную роль в образовании морулы. Этот вывод был сделан на основании того, что образование морулы, обычно нормально протекающее в культуре, можно предотвратить спепвфвческямв мововалевтнымв автв-Р-9-антителамв. Дробление клеток происходит правильно, это свидетельствует против веспепяфвческого токсического эффекта.

Характеристики

Список файлов книги