Генетика развития

ÍÎÂÎÑÈÁÈÐÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ Êàôåäðà öèòîëîãèè è ãåíåòèêè ÈÍÑÒÈÒÓÒ ÖÈÒÎËÎÃÈÈ È ÃÅÍÅÒÈÊÈ ÑÎ ÐÀÍ Ëàáîðàòîðèÿ ...

Author: Серов О.Л.

25 downloads 224 Views 2MB Size Report

This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form

DOWNLOAD PDF

ÍÎÂÎÑÈÁÈÐÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ Êàôåäðà öèòîëîãèè è ãåíåòèêè ÈÍÑÒÈÒÓÒ ÖÈÒÎËÎÃÈÈ È ÃÅÍÅÒÈÊÈ ÑÎ ÐÀÍ Ëàáîðàòîðèÿ ãåíåòè÷åñêèõ îñíîâ îíòîãåíåçà

ïðîôåññîð Ñåðîâ Îëåã Ëåîíèäîâè÷ ÃÅÍÅÒÊÀ ÐÀÇÂÈÒÈß Êóðñ ëåêöèé äëÿ ñòóäåíòîâ 3 êóðñà ÔÅÍ ÍÃÓ

1998

Ïðåäèñëîâèå.

Ïðåäëàãàåìûé êóðñ «Ãåíåòèêà ðàçâèòèÿ» ôîðìèðîâàëñÿ â òå÷åíèè ìíîãèõ ëåò. Ïåðâîíà÷àëüíûé çàìûñåë êóðñà îãðàíè÷èâàëñÿ, åñëè òàê ìîæíî âûðàçèòñÿ, ÷èñòî ãåíåòè÷åñêèìè àñïåêòàìè è ïðåèìóùåñòâåííî ðàññìîòðåíèåì ðîëè îòäåëüíûõ ãåíîâ â ðàçâèòèè. Îäíàêî âñêîðå ñòàëî ÿñíûì,÷òî ðàññìîòðåíèå ãåííîãî êîíòðîëÿ ðàçâèòèÿ â îòðûâå îò ýìáðèîëîãèè, äàííûõ ïî îðãàíèçàöèè ãåíîìà èëè ìîëåêóëÿðíûõ ìåõàíèçìîâ âçàèìîäåéñòâèÿ ãåíîâ ñóùåñòâåííî îáåäíÿåò ïîíèìàíèå îáùèõ çàêîíîìåðíîñòåé èíäèâèäóàëüíîãî ðàçâèòèÿ, íå îòðàæàåò ðåàëüíîãî ïðîãðåññà â ýòîé áóðíî ðàçâèâàþùåéñÿ îáëàñòè áèîëîãèè. Îòñþäà âîçíèêëà íåîáõîäèìîñòü íàéòè ñòåðæíü, âîêðóã êîòîðîãî ìîæíî áûëî áû îáúåäèíèòü ýêñïåðèìåíòàëüíûé ìàòåðèàë ñìåæíûõ è íåñìåæíûõ îáëàñòåé ãåíåòèêè è áèîëîãèè, ÷òîáû ïðåäñòàâèòü íàøè ñîâðåìåííûå çíàíèÿ î ðàçâèòèè íà ôîíå îáùåé êàðòèíû ôåíîìåíàëüíîãî ïðîãðåññà áèîëîãèè. Îäíèì èç òàêèõ îáüåäèíÿþùèõ ýëåìåíòîâ ñòàëà êîíöåïöèÿ äèôôåðåíöèàëüíîé àêòèâíîñòè ãåíîâ. Â îòå÷åñòâåííîé ëèòåðàòóðå îñíîâû ýòîé êîíöåïöèè áûëè íàèáîëåå ÷åòêî è ÿñíî èçëîæåíû â ìîíîãðàôèè Ë.È.Êîðî÷êèíà «Âçàèìîäåéñòâèå ãåíîâ â ðàçâèòèè», èçäàííîé â 1977 ã. Çà ïðîøåäøèå äâà äåñÿòèëåòèÿ ýòà êîíöåïöèÿ ïîëó÷èëà äîáðîòíîå ýêñïåðèìåíòàëüíîå îáîñíîâàíèå. Â ïðåäëàãàåìîì êóðñå äèôôåðåíöèàëüíàÿ àêòèâíîñòü ãåíîâ ðàññìàòðèâàåòñÿ íà âñåõ óðîâíÿõ: èíäèâèäóàëüíûõ ãåíîâ (íà ïðèìåðå, ñòàäèî- è òêàíåñïåöèôè÷åñêèõ ãåíîâ), íà óðîâíå õðîìîñîì (èíàêòèâàöèÿ Õ-õðîìîñîì ìëåêîïèòàþùèõ) è ðîäèòåëüñêèõ ãåíîìîâ (ãåíîìíûé èìïðèíòèíã). Âàæíûì ýëåìåíòîì, ïîçâîëèâøèì àâòîðó óâÿçàòü ïðîãðåññ â îáëàñòè èçó÷åíèÿ îðãàíèçàöèè ýóêàðèîòè÷åñêîãî ãåíîìà ñ ïðîáëåìàìè èíäèâèäóàëüíîãî ðàçâèòèÿ, áûë ïîäõîä, êîòîðûé ìîæåò áûòü âûðàæåí ââèäå âîïðîñîâ: «Êàêàÿ äîëÿ (÷àñòü) ãåíîìà îñóùåñòâëÿåò êîíòðîëü ðàçâèòèÿ? Ñóùåñòâóþò ëè ñïåöèàëüíûå ãåíû ðàçâèòèÿ è åñëè äà, òî êàê ìíîãî èõ?». Ðàññìîòðåíèå ýòèõ âîïðîñîâ ñóùåñòâåííî ðàñøèðÿåò ðàìêè òðàäèöèîííûõ çàäà÷ ãåíåòèêè ðàçâèòèÿ: èçó÷åíèÿ âðåìåíè è ìåñòà äåñòâèÿ ãåíîâ â îíòîãåíåçå. Ïðè èçëîæåíèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ íåâîçìîæíî áûëî îáîéòèñü áåç äåòàëüíîãî ðàññìîòðåíèÿ íîâûõ òåõíîëîãèé ìàíèïóëèðîâàíèÿ ñ ýìáðèîíàìè êëåòêàìè è ãåíàìè - òàêèõ êàê òðàíñãåíåç, íàïðàâëåííûé ìóòàãåíåç è ïîëó÷åíèå ãåíåòè÷åñêèõ êîïèé, êëîíèðîâàíèå æèâîòíûõ, ïîñêîëüêó èìåííî ðàçðàáîòêà ýòèõ íîâûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ïîäõîäîâ îáóñëîâèëà ïðîãðåññ â ïîíèìàíèè ãëàâíîé ïðîáëåìû ðàçâèòèÿ - êàê èç îäíîé ÿéöåêëåòêè âîçíèêàåò öåëûé îðãàíèçì. Ýëåêòðîííûé âàðèàíò êóðñà ëåêöèé ïî «Ãåíåòèêå ðàçâèòèÿ» ðàçðàáîòàí â êà÷åñòâå âñïîìîãàòåëüíîãî ïîñîáèÿ äëÿ ñòóäåíòîâ ïðè ïîäãîòîâêå ñäà÷è çà÷åòà, íî íè êîåé ìåðå íå ìîæåò çàìåíèòü æèâîãî èçëîæåíèÿ ìàòåðèàëà àâòîðîì. Äàííûé êóðñ íàõîäèòñÿ íà ñòàäèè ðàçðàáîòêè, ïîýòîìó ÷àñòü ìàòåðèàëà åùå íå îòðàæåíà. Îäíàêî óæå îïóáëèêîâàííûå ãëàâû ìîãóò èñïîëçîâàòüñÿ ñòóäåíòàìè è èíòåðåñóþùèìèñÿ ïðîáëåìàìè ãåíåòèêè ðàçâèòèÿ. Ñîçäàíèå ýëåêòðîííîé âåðñèè êóðñà íå áûëî áû âîçìîæíûì áåç àêòèâíîãî è êâàëèôèöèðîâàííîãî ó÷àñòèÿ àñïèðàíòîâ Ëàðêèíà Ä.Ì è Àóëü÷åíêî Þ.Ñ. Àâòîð áëàãîäàðåí àñïèðàíòó Èâàíîâîé Å.Â. çà ïîìîùü â ðåäàêòèðîâàíèè òåêñòà, Áåðåçèêîâó Å.Â. è Âàãíåðó À.Í. çà ïîìåùåíèå êóðñà â Èíòåðíåò. Ñîçäàíèå äàííîãî êóðñà ëåêöèé ôèíàíñèðîâàëîñü èíñòèòóòîì «Îòêðûòîãî îáùåñòâà» ïðîãðàììà «Îáó÷åíèå è èññëåäîâàíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì Èíòåðíåò», ãðàíò I2A707 è Ôåäåðàëüíîé öåëåâîé ïðîãðàììîé «Ãîñóäàðñòâåííàÿ ïîääåðæêà èíòåãðàöèè âûñøåãî îáðàçîâàíèÿ è ôóíäàìåíòàëüíîé íàóêè íà 1997 - 2000ã.ã.» Î.Ë.Ñåðîâ

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________

Îãëàâëåíèå ÃËÀÂÀ 2. ÃÅÍÛ ÐÀÇÂÈÒÈß ÄÐÎÇÎÔÈËÛ 2.1.ÎÁÙÀß ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ ÐÀÇÂÈÒÈß ÄÐÎÇÎÔÈËÛ .................. 4 2.1.1.Ñîçðåâàíèå ÿéöåêëåòêè äðîçîôèëû ......................................................... 5 2.1.2. Ðàííèé ýìáðèîãåíåç äðîçîôèëû ............................................................... 8 2.1.3. Ïîçäíèé ýìáðèîãåíåç äðîçîôèëû ........................................................... 10 2.1.4. Ëè÷èíî÷íàÿ ñòàäèÿ ðàçâèòèÿ ................................................................. 13 2.1.5.Òîòèïîòåíòíîñòü è äåòåðìèíàöèÿ â ýìáðèîãåíåçå äðîçîôèëû .......... 15 2.2. ÃÅÍÍÛÉ ÊÎÍÒÐÎËÜ ÐÀÇÂÈÒÈß ÄÐÎÇÎÔÈËÛ ............................. 31 2.2.1. Õàðàêòåðèñòèêà ìàòåðèíñêèõ ãåíîâ...................................................... 32 2.2.2. Ðîëü ãåíîâ ñåãìåíòàöèè â ðàçâèòèè ...................................................... 43 2.2.3. Ãîìåîçèñíûå ãåíû è èõ ðîëü â ðàçâèòèè .............................................. 51 Ñïèñîê ðåêîìåíäóåìîé ëèòåðàòóðû ................................................................ 65

___________________________________________________________________________________

2-3

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ÃËÀÂÀ 2.

ëè÷èíêè (20-22 ÷àñà îò ìîìåíòà îïëîäîòâîðåíèÿ); ÃÅÍÛ ÐÀÇÂÈÒÈß ÄÐÎÇÎÔÈËÛ. 3. Ëè÷èíî÷íàÿ ñòàäèÿ ðàçâèòèÿ íà÷èíàåòñÿ îò ìîìåíòà âûëóïëèâàíèÿ Äðîçîôèëà, ïëîäîâàÿ ìóøêà ëè÷èíêè è ïðîäîëæàåòñÿ äî ñòàäèè (Drosophila melanogaster), îêóêëèâàíèÿ (120 ÷àñîâ). Ëè÷èíî÷íàÿ òðàäèöèîííûé îáúåêò ãåíåòè÷åñêèõ ñòàäèÿ, â ñâîþ î÷åðåäü, ïîäðàçäåëÿåòñÿ èññëåäîâàíèé, è âïîëíå ïîíÿòíî, ÷òî íà òðè ïåðèîäà - ëè÷èíêà ïåðâîãî ýòîò îáúåêò íå ìîã íå ïðèâëå÷ü (ñòàäèÿ I), âòîðîãî (ñòàäèÿ II) è òðåòüåãî âíèìàíèÿ èññëåäîâàòåëåé, èçó÷àþùèõ (ñòàäèÿ III) âîçðàñòîâ, ïðè÷åì ïåðåõîä ãåííûé êîíòðîëü ðàçâèòèÿ. Áîëåå òîãî, îäíîé ëè÷èíî÷íîé ñòàäèè â äðóãóþ èìåííî èññëåäîâàíèå íà äðîçîôèëå ñîïðÿæåí ñ ëèíüêîé (ñìåíîé äåéñòâèÿ ìóòàöèé íà íîðìàëüíîå êóòèêóëÿðíûõ îáðàçîâàíèé è âíåøíåãî ðàçâèòèå ïîçâîëèëî ðÿäó àâòîðîâ ïîêðîâà), íàõîäÿùåéñÿ ïîä êîíòðîëåì ñôîðìóëèðîâàòü ïðåäñòàâëåíèå î ãëàâíîãî ãîðìîíà ëèíüêè - ýêäèçîíà; ñóùåñòâîâàíèè ãåíîâ ðàçâèòèÿ, òî 4. Ñòàäèÿ êóêîëêè íà÷èíàåòñÿ ñ åñòü ãåíîâ, ôóíêöèåé êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ ìîìåíòà îêóêëèâàíèÿ è ïðîäîëæàåòñÿ êîíòðîëü ðàçâèòèÿ, ðåàëèçàöèÿ 70-72 ÷àñà äî ìîìåíòà ïîÿâëåíèÿ ïðîãðàììû ðàçâèòèÿ. Îäíàêî ïðåæäå èìàãî, âçðîñëîé îñîáè. Ïåðåõîä îò ÷åì ïåðåéòè ê ðàññìîòðåíèþ ïðèðîäû ëè÷èíî÷íîé ñòàäèè ðàçâèòèÿ ê êóêîëêå òàêîãî ðîäà ãåíîâ è ìåõàíèçìîâ èõ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîä êîíòðîëåì, äåéñòâèÿ, íåîáõîäèìî âêðàòöå ãëàâíûì îáðàçîì, ýêäèçîíà. îñòàíîâèòüñÿ íà õàðàêòåðèñòèêå Òàêèì îáðàçîì, ðàçâèòèå íîðìàëüíîãî îíòîãåíåçà äðîçîôèëû. äðîçîôèëû îò ìîìåíòà îïëîäîòâîðåíèÿ äî âûëåòà èìàãî 2.1. ÎÁÙÀß ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ îñóùåñòâëÿåòñÿ çà 9 äíåé. ÐÀÇÂÈÒÈß ÄÐÎÇÎÔÈËÛ. Ïðîäîæèòåëüíîñòü ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû Äðîçîôèëà îòíîñèòñÿ ê òèïó îêðóæàþùåé ñðåäû. ÷ëåíèñòîíîãèõ, ê êëàññó äâóêðûëûõ. Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, Îíà èìååò ìîçàè÷íûé òèï äðîçîôèëà èìååò ìîçàè÷íûé òèï îðãàíèçàöèè ÿéöà, è äåòåðìèíàöèÿ îðãàíèçàöèè ÿéöà, ïðè êîòîðîì ðàçâèòèÿ òîé èëè èíîé äåôèíèòèâíîé ïîëÿðèçàöèÿ öèòîïëàçìû ÿéöà èãðàåò ñòðóêòóðû ïðîèñõîäèò â ðàííèå êëþ÷åâóþ ðîëü â ðàííåì ýìáðèîãåíåçå. ïåðèîäû ðàçâèòèÿ. Ïðèíÿòî ðàçëè÷àòü Â ñâÿçè ñ ýòèì íåîáõîäèìî îñòàíîâèòñÿ ñëåäóþùèå ñòàäèè ðàçâèòèÿ íà õàðàêòåðèñòèêå îâîãåíåçà, íà÷èíàÿ äðîçîôèëû: ñ ðàííèõ ñòàäèé äèôôåðåíöèðîâêè 1. Ðàííèé ýìáðèîãåíåç - ïåðâûå 2,5 - ïðèìîðäèàëüíîé ïîëîâîé êëåòêè äî 3 ÷àñà ðàçâèòèÿ îò ìîìåíòà çðåëîé ÿéöåêëåòêè. îïëîäîòâîðåíèÿ äî ñòàäèè öåëëþëÿðèçàöèè; 2. Ïîçäíèé ýìáðèîãåíåç - îò ìîìåíòà öåëëþëÿðèçàöèè äî âûëóïëèâàíèÿ

___________________________________________________________________________________

2-4

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ 2.1.1.Ñîçðåâàíèå äðîçîôèëû.

ÿéöåêëåòêè íà÷àëî áóäóùåé ÿéöåêëåòêå, òîãäà êàê îñòàëüíûå 15 ôîðìèðóþò ïîïóëÿöèþ òàê íàçûâàåìûõ ïèòàþùèõ êëåòîê. Íà Ï ð è ì î ð ä è à ë ü í à ÿ ðèñ.2.1 è 2.2 ñõåìàòè÷åñêè (ïðåçóìïòèâíàÿ) ïîëîâàÿ êëåòêà ïðåäñòàâëåíû ñòðîåíèå ôîëëèêóëà è âçðîñëîé ñàìêè ïðåòåðïåâàåò 4 ñîçðåâàíèå ÿéöåêëåòêè. Õîðîøî âèäíî, ïîñëåäîâàòåëüíûõ äåëåíèÿ, â ÷òî ïåðåäíèé ïîëþñ îîöèòà ïðèìîðäèàëüíàÿ ïîëîâàÿ êëåòêà ðàííÿÿ ñòàäèÿ ðàçâèòèÿ ôîëëèêóëà

ôîëëèêóëÿðíûå êëåòêè

ïèòàþùèå êëåòêè ïîçäíÿÿ ñòàäèÿ ðàçâèòèÿ ôîëëèêóëà ÿéöî âèòåëëèíîâàÿ îáîëî÷êà ÿéöî îáîëî÷êà ÿéöà ñòàäèÿ ñèíòèöèàëüíîé áëàñòîäåðìû

öåëëþëÿðèçàöèÿ, ñòàäèÿ êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû

ïîëÿðíûå êëåòêè (ïðåäøåñòâåííèêè ïîëîâûõ êëåòîê)

êëåòêè

æåëòîê Ðèñ.2.1. ßéöî äðîçîôèëû ñîñòîèò èç ïðèìîðäèàëüíîé ïîëîâîé êëåòêè ñ ïèòàþùèìè è ôîëëèêóëÿðíûìè êëåòêàìè, êîòîðûå îáåñïå÷èâàþò îîöèò ïèòàíèåì è ôàêòîðàìè, êîíòðîëèðóþùèìè ðàçâèòèå. Êëåòî÷íàÿ îðãàíèçàöèÿ ýìáðèîíà ôîðìèðóåòñÿ ïîñëå 3-õ ÷àñîâ ñ ìîìåíòà îïëîäîòâîðåíèÿ.

ðåçóëüòàòå ÷åãî ôîðìèðóåòñÿ 16 êëåòîê. Ïðè ýòîì ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ñðåäè ýòèõ êëåòîê òîëüêî îäíà (êàê ïðàâèëî ðàñïîëîæåííàÿ â öåíòðå) äàñò

êîíòàêòèðóåò è ÷àñòè÷íî îêðóæåí ïèòàþùèìè êëåòêàìè, òîãäà êàê öåíòðàëüíàÿ ÷àñòü è çàäíèé ïîëþñ ïîêðûòû ñëîåì ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê.

___________________________________________________________________________________

2-5

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ó÷àñòèå â ôîðìèðîâàíèè ïîëÿðíîñòè öèòîïëàçìû îîöèòà. Ïîíÿòèå à ïîëÿðíîñòü ÿéöà èëè ïîëÿðíîñòü öèòîïëàçìû ÿéöà ïîäðàçóìåâàåò íàëè÷èå ãðàäèåíòîâ êîíöåíòðàöèé îîöèò ïèòàþùèå ôîëëèêóëÿðíûå ðàçëè÷íîãî ðîäà áåëêîâ è êëåòêè êëåòêè èíäèâèäóàëüíûõ èÐÍÊ âäîëü ïåðåäíåçàäíåé è äîðçàëüíî-âåíòðàëüíîé îñåé. á Ìåæäó ñîçðåâàþùèì îîöèòîì è ïèòàþùèìè êëåòêàìè èìåþòñÿ òåñíûå îîöèò ìåæêëåòî÷íûå ñâÿçè ïîñðåäñòâîì òàê ïèòàþùèå õîðèîí ôîëëèêóëÿðíûå êëåòêè íàçûâàåìûõ öèòîïëàçìàòè÷åñêèõ êëåòêè â ìîñòîâ (cytoplasmic bridges) èëè êîëüöåâûõ êàíàëîâ (ring canals). Â ìèêðîïèëü ïðîöåññå îâîãåíåçà èç ïèòàþùèõ äåãåíåðèðóþùèå êëåòîê ïðîèñõîäèò ïåðìàíåíòíûé îîöèò ôîëëèêóëÿðíûå êëåòêè õîðèîí òðàíñïîðò áåëêîâ, ÷àñòî â êîìïëåêñå ñ Ðèñ.2.2. Ðàííÿÿ, ñðåäíÿÿ è ïîçäíÿÿ ñòàäèÿ ÐÍÊ, à òàêæå ïîëèñàõàðèäîâ è îâîãåíåçà äðîçîôèëû. Ñëåâà - ïåðåäíèé ëèïèäîâ. Íóêëåî-ïðîòåèäíûå ïîëþñ; ââåðõó -äîðçàëüíàÿ ñòîðîíà ÿéöà. À. ßéöåâàÿ êàìåðà ñîäåðæèò ôîëëèêóëÿðíûå êîìïëåêñû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé êëåòêè (ñîìàòè÷åñêèå ïî ïðîèñõîæäåíèþ), àññîöèàöèè ñïåöèôè÷åñêèõ èÐÍÊ êîòîðûå îêðóæàþò ïèòàþùèå êëåòêè è îîöèò. (ïåðâè÷íûõ òðàíñêðèïòîâ) è áåëêîâ. Ïèòàþùèå êëåòêè è îîöèò ñîåäèíåíû «ìîñ- Áëàãîäàðÿ ñóùåñòâîâàíèþ òèêàìè», ïðàêòè÷åñêè îáðàçóÿ ïîäîáèå ñèíöèòîïëàçìàòè÷åñêèõ ìîñòîâ ìåæäó öèòèÿ. Íà ýòîé ñòàäèè ïèòàþùèå êëåòêè íàÿéöåêëåòêîé è ÷èíàþò ñåêðåòèðîâàòü èÐÍÊ, áåëêè è ñóáêëå- ñîçðåâàþùåé ïèòàþùèìè êëåòêàìè íàáëþäàåòñÿ òî÷íûå ýëåìåíòû â îîöèò. Á. ßéöåâàÿ êàìåðà ñòàíîâèòñÿ óäëèíåííîé, òðàíñïîðò èç ïîñëåäíèõ äàæå ôîëëèêóëÿðíûå êëåòêè ìèãðèðóþò âîêðóã ñóáêëåòî÷íûõ îðãàíåëë, òàêèõ êàê îîöèòà, è íà÷èíàåòñÿ îáðàçîâàíèå õîðèîíà. ðèáîñîìû è ìèòîõîíäðèè. Âàæíî Â. Íà ïîçäíåé ñòàäèè îâîãåíåçà ïèòàþùèå ïîä÷åðêíóòü òàêæå, ÷òî òàêîé êëåòêè äåãåíåðèðóþò è ðàñïàäàþòñÿ. Ïîñëå ôîðìèðîâàíèÿ õîðèîíà ôîëëèêóëÿðíûå òðàíñïîðò áåëêîâ, ÐÍÊ è ñóáêëåòî÷íûõ îðãàíåëë îñóùåñòâëÿåòñÿ êëåòêè òàêæå äåãåíåðèðóþò. ïðåèìóùåñòâåííî ÷åðåç ïåðåäíèé ïîëþñ îîöèòà, òàì ãäå ïèòàþùèå Ôîëëèêóëÿðíûå êëåòêè, â îòëè÷èè îò êëåòêè êîíòàêòèðóþò ñ îîöèòîì. Òàêîãî ïèòàþùèõ, ïðîèñõîäÿò èç ðîäà êîíòàêò îîöèòà è ïèòàþùèõ ñîìàòè÷åñêèõ êëåòîê. êëåòîê ïðåäîïðåäåëÿåò õàðàêòåð åãî Ôóíêöèÿ ïèòàþùèõ êëåòîê, êàê ïîëÿðèçàöèè, ôîðìèðîâàíèå ýòî ñëåäóåò èç èõ íàçâàíèÿ, ãðàäèåíòîâ êîíöåíòðàöèé ðàçëè÷íûõ çàêëþ÷àåòñÿ â ïèòàíèè ñîçðåâàþùåé áåëêîâ è ÐÍÊ ïðåèìóùåñòâåííî â ÿéöåêëåòêè. Îäíàêî ýòèì èõ ôóíêöèÿ äîðçàëüíî-çàäíåì íàïðàâëåíèè. ×òî íå èñ÷åðïûâàåòñÿ. Ýòè êëåòêè êàñàåòñÿ ñòàíîâëåíèÿ âòîðîé îñè ïðèíèìàþò ïðÿìîå, íåïîñðåäñòâåííîå äîðçàëüíî-âåíòðàëüíîé, òî çäåñü ___________________________________________________________________________________

2-6


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

êëåòî÷íàÿ 14á áëàñòîäåðìà Ðèñ.2.3. Ðàííèå ñòàäèè ýìáðèîãåíåçà äðîçîôèëû, îò ìîìåíòà îïëîäîòâîðåíèÿ äî ãàñòðóëÿöèè. Öèôðû ïîêàçûâàþò ÷èñëî äåëåíèé. Êàæäûé öèêë íà÷èíàåòñÿ ñ èíòåðôàçû, à çàêàí÷èâàåòñÿ ìèòîçîì. Ýìáðèîíû ïîêàçàíû â ïðîäîëüíîì ïîëîæåíèè è áåç âèòòåëèíîâîé îáîëî÷êè. Äî 5-îãî äåëåíèÿ âñå ÿäðà ïîêàçàíû ÷åðíûìè êðóæî÷êàìè, ïîñëå 5-îãî ïîêàçàíà òîëüêî ÷àñòü ÿäåð. Çàìåòíà ñâîáîäíàÿ îò êëåòîê öèòîïëàçìà íà ïåðèôåðèè ýìáðèîíà (ïåðèïëàçìà). (ïî Foe and Alberts, 1983). 13

14à

___________________________________________________________________________________

2-7

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ âåäóùóþ ðîëü èãðàþò êîíòàêòû è òðàíñïîðò áåëêîâ è èÐÍÊ èç ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê â îîöèò. 2.1.2. Ðàííèé äðîçîôèëû.

ýìáðèîãåíåç

Â õîäå îïëîäîòâîðåíèÿ ñïåðìèé ïðîíèêàåò â ÿéöåêëåòêó ÷åðåç ìèêðîïèëü (ðèñ.2.2). Çðåëûé îîöèò íàõîäèòñÿ íà ñòàäèè ÌI (ìåéîç-I). ßäåðíàÿ îáîëî÷êà ðàçðóøåíà è ãàïëîèäíûé íàáîð õðîìîñîì îêàçûâàåòñÿ ëåæàùèì ñâîáîäíî â îîïëàçìå, â ïåðåäíåé òðåòè ÿéöà áëèæå ê äîðçàëüíîé åãî ñòîðîíå. Ýòà ñòðóêòóðà íàçûâàåòñÿ êàðèîñôåðà. Ñëåäóþùèå ôàçû ìåéîçà - äâà äåëåíèÿ ñ îáðàçîâàíèåì òðåõ íàïðàâèòåëüíûõ òåëåö è îäíîãî ïðîíóêëåóñà ïðîèñõîäÿò ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ. Ïðè ñòàíäàðòíûõ óñëîâèÿõ îò ìåòàôàçû I äî çàâåðøåíèÿ âòîðîãî ìåéîòè÷åñêîãî äåëåíèÿ òðåáóåòñÿ 12 ìèí. Â òå÷åíèè ñëåäóþùèõ 3 ìèí. îäèí èç 4-õ ãàïëîèäíûõ ïðîäóêòîâ ìåéîçà ôîðìèðóåò ïðîíóêëåóñ. Â òå÷åíèå ýòîãî 15-ìèíóòíîãî ïåðèîäà ãîëîâêà ñïåðìèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ â ðàçìåðå è ïðåâðàùàåòñÿ â ìóæñêîé ïðîíóêëåóñ. Ïåðâûå 9 çèãîòè÷åñêèå äåëåíèÿ ñèíõðîííû, è ïðîäîëæèòåëüíîñòü êàæäîãî ìèòîçà ïðèìåðíî 10 ìèí. (ðèñ.2.3). Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî ýòè äåëåíèÿ ÿäåð íå ñîïðîâîæäàþòñÿ öèòîêèíåçîì è âñëåäñòâèå ýòîãî ÿäðà íàõîäÿòñÿ â îáùåé öèòîïëàçìå, îáðàçóÿ ñèíöèòèé. Ïîñëå 7-ãî äåëåíèÿ íàáëþäàåòñÿ ìèãðàöèÿ ÿäåð ê ïåðèôåðèè çèãîòû, â ïåðèêîðòèêàëüíóþ çîíó (ðèñ.2.3). Ïîñëå 9-ãî äåëåíèÿ ãðóïïà ÿäåð (îêîëî

40) äîñòèãàåò çàäíåãî ïîëþñà ÿéöà, ãäå íàõîäèòñÿ òàê íàçûâàåìàÿ ïîëÿðíàÿ ïëàçìà (polar plasm) èëè ïîëÿðíàÿ çîíà (ðèñ.2.3). ßäðà, äîñòèãøèå ïîëÿðíîé ïëàçìû, íåìåäëåííî ïðèîáðåòàþò êëåòî÷íóþ ñòðóêòóðó è äàþò íà÷àëî êëåòêàìïðåäøåñòâåííèêàì çàðîäûøåâîãî ïóòè (germ cells) (ðèñ.2.3). Òàêèì îáðàçîì, ïîëÿðíûå êëåòêè åñòü ïåðâûå êëåòêè â ðàííåì ðàçâèòèè äðîçîôèëû. Ìåæäó 9 è 10-ì äåëåíèÿìè, ìèãðèðóþùèå ÿäðà äîñòèãàþò ïåðèôåðèè ÿéöà è íà÷èíàþò îáðàçîâûâàòü åäèíûé ñëîé, âûñòðàèâàÿñü â ïåðèêîðòèêàëüíîì ïðîñòðàíñòâå (ðèñ.2.4). Ïîñëåäóþùèå 4-äåëåíèÿ òàêæå ñèíõðîííû, õîòÿ è ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ â âèäå âîëíû. Òàêèì îáðàçîì, â ðåçóëüòàòå 13 äåëåíèé

Ðèñ.2.4. Âèä ñ äîðçàëüíîé ñòîðîíû ýìáðèîíà íà ñòàäèè ïîÿâëåíèÿ çàðîäûøåâîãî ïîÿñà («germ band»). PC - ïîëÿðíûå êëåòêè íàõîäÿòñÿ îêîëî çàäíåãî âïÿ÷èâàíèÿ ïåðâè÷íîé êèøêè.

îáðàçóåòñÿ îêîëî 6000 ÿäåð, êîòîðûå íàõîäÿòñÿ â ïåðèêîðòèêàëüíîé çîíå

___________________________________________________________________________________

2-8

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ à

á

â

Ðèñ. 2.5. Áëàñòîäåðìà (À), ñòàäèÿ ñåãìåíòèðîâàííîé çàðîäûøåâîé ïîëîñòè (Á) è ëè÷èíêà I-îãî âîçðàñòà (Â) D.melanogaster. Ëèíèÿìè ñîåäèíåíû ñîîòâåòñòâóþùåå äðóã äðóãó ñåãìåíòû 8-è ÷àñîâîãî ýìáðèîíà è ëè÷èíêè. Ãîëîâû ëè÷èíêè è ýìáðèîíà ïîêàçàíû ïðåðûâèñòîé ëèíèåé. Îáîçíà÷åíèÿ ñåãìåíòîâ: CL - êëèïåîëàáðàëüíûé, PC ïðîöåôàëè÷åñêèé, Ma - ìàíäèáóëÿðíûé, Lb - íèæíåãóáíîé, Î - ãëàçíîé, T1-T3 - ïåðâûé, âòîðîé è òðåòèé ãðóäíûå, À1-À8 - îò ïåðâîãî äî âîñüìîãî áðþøíûå, D - äîðçàëüíûé âàëèê.

Ðèñ.2.6. Âèä ñ âåíòðàëüíîé ñòîðîíû ýìáðèîíà íà ñòàäèè íà÷àëà ãàñòðóëÿöèè. Âèäíà âåíòðàëüíàÿ ïðîäîëüíàÿ áîðîçäà (VF) ÷åðåç êîòîðóþ ìåçîäåðìà èíâàãèíèðóåò. A ïåðåäíèé ïîëþñ, Ð - çàäíèé ïîëþñ, CF öåôàëè÷åñêàÿ áîðîçäà.

äåëåíèÿ âîêðóã êàæäîãî ÿäðà îáðàçóåòñÿ êëåòî÷íàÿ îáîëî÷êà - ñòàäèÿ öåëëþëÿðèçàöèè. Ýìáðèîí íà ýòîé ñòàäèè ðàçâèòèÿ ïðèîáðåòàåò êëåòî÷íîå ñòðîåíèå - ñòàäèÿ êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû. Ýìáðèîí íàïîìèíàåò ìåøîê, îêðóæåííûé îáîëî÷êîé, ñîñòîÿùåé èç îäíîãî ñëîÿ êëåòîê è íå èìåþùåé êàêèõ-ëèáî ìîðôîëîãè÷åñêèõ îðèåíòèðîâ ýìáðèîíà. Ýòà ñòàäèÿ ðàçâèòèÿ (ðèñ.2.5). Öåëëþëÿðèçàöèÿ îçíà÷àåò íàçûâàåòñÿ ñòàäèåé ñèíòèöèàëüíîé òàêæå îêîí÷àíèå ðàííåãî ýìáðèîãåíåçà áëàñòîäåðìû, ïîñêîëüêó âñå ÿäðà è ïåðåõîä ýìáðèîíà â ñòàäèþ ïîçäíåãî ïðîäîëæàþò íàõîäÿòñÿ â åäèíîé, ýìáðèîãåíåçà. Êàê âèäíî èç òàáëèöû 2.1, îáùåé öèòîïëàçìå (ðèñ.2.3). ðàííåãî Â õîäå èíòåðôàçû 14-ãî ìèòîçà ïðîäîëæèòåëüíîñòü ïðîèñõîäèò îäíî èç êëþ÷åâûõ ñîáûòèé ýìáðèîãåíåçà äðîçîôèëû îêîëî 2,5 ðàííåãî ýìáðèîãåíåçà - àñèíõðîííîñòü ÷àñîâ. Ñóùåñòâóþò íåñêîëüêî äåëåíèÿ ÿäåð, è áëàñòîäåðìà êëàññèôèêàöèé ñòàäèé ýìáðèîãåíåçà. ïðèîáðåòàåò êëåòî÷íóþ Â òàáëèöå 2.1 ïðèâåäåíû äâå íàèáîëåå îðãàíèçàöèþ. Èìåííî ïîñëå 14 ÷àñòî èñïîëüçóåìûõ íîìåíêëàòóðû

___________________________________________________________________________________

2-9

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Òàáëèöà 2.1. Ñòàäèè ýìáðèîãåíåçà äðîçîôèëû (ïî Asburner, 1989) (â ñîêðàùåííîì âèäå). Ñòàäèÿ* Ñòàäèÿ** 1

1

Ïðîäîëæèòåëü- Âðåìÿ íîñòü â ìèí. ÷àñ.ìèí. 25 0-0.25

2

2

40

0.25-1.05

3

3

15

1.05-1.20

4

4

50

1.20-2.10

5

5

40

2.10-2.50

6

6

10

2.50-3.00

7

7

10

3.00-3.10

8 9

8 (÷àñòü) 8 (÷àñòü)

30 40

3.10-3.40 3.40-4.20

10 11

8 (÷àñòü) 10 (÷àñòü)

60 120

4.20-5.20 5.20-7.20

12 13

10 (÷àñòü) - 11 240 60 11 (÷àñòü)

7.20-9.20 9.20-10.20

14 15 16 17

12 (÷àñòü) 12 (÷àñòü) 12 (÷àñòü) 13-14

10.20-11.20 11.20-13.00 13.00-16.00 16.00- âûëóïë.

60 100 180

Õàðàêòåðíûå ïðèçíàêè

3-8 äåëåíèÿ-äðîáëåíèÿ, «øàïî÷êà ïîëÿðíîé öèòîïëàçìû» 9-å äåëåíèå-äðîáëåíèÿ, ïîëÿðíûå êëåòêè ôîðìèðóþò ïî÷êó îáðàçîâàíèå ïîëÿðíûõ êëåòîê, ñèíòèöèàëüíàÿ áëàñòîäåðìà öåëëþðèçàöèÿ, ïîëÿðíûå êëåòêè ìèãðèðóþò ðàííÿÿ ãàñòðóëÿöèÿ, èíâàãèíàöèÿ ìåçî- è ýíäîäåðìû îêîí÷àíèå ãàñòðóëÿöèè, èíâàãèíàöèÿ ïåðåäíåé è çàäíåé ïåðâè÷íîé êèøêè ñåãìåíòàöèÿ äîðçàëüíûå ñêëàäêè è èñ÷åçíîâåíèå öåôàëè÷åñêîé áîðîçäû

1-å è 2-å äåëåíèÿ-äðîáëåíèÿ

îáðàçîâàíèå ïàðàñåãìåíòíûõ ñêëàäîê ïîëíàÿ ñåãìåíòàöèÿ íà÷àëî èíâîëþöèè ãîëîâû èíâîëþöèÿ ãîëîâû ìóñêóëüíûå ñîêðàùåíèÿ

* - ñòàäèè ïî Campos-Ortega and Hartenstein (1985), ïðè 250Ñ. ** - ñòàäèè ïî Brownes (1975), ïðè 220Ñ.

ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû. 2.1.3. Ïîçäíèé äðîçîôèëû.

ýìáðèîãåíåç

Íåïîñðåäñòâåííî ïî îêîí÷àíèþ

öåëëþëÿðèçàöèè êëåòî÷íàÿ áëàñòîäåðìà âñòóïàåò â ñëåäóþùóþ ñòàäèþ ýìáðèîãåíåçà - ãàñòðóëÿöèþ, òî åñòü îáðàçîâàíèå òðåõ çàðîäûøåâûõ ëèñòêîâ: ýêòîäåðìû, ìåçîäåðìû è ýíòîäåðìû. Íà÷àëîì ãàñòðóëÿöèè ÿâëÿåòñÿ âïÿ÷èâàíèå êëåòîê âäîëü

___________________________________________________________________________________

2-10


Ðèñ.2.6à. Âèä ñ âåíòðàëüíîé ñòîðîíû ãàñòðóëû ÷åðåç 30 ìèí. ïîñëå íà÷àëà ãàñòðóëÿöèè (ïðåäûäóùèé ðèñ.2.5.). VF âåíòðàëüíàÿ áîðîçäà, CF - öåôàëè÷åñêàÿ áîðîçäà, AMG - ïåðåäíåå âïÿ÷èâàíèå ïåðâè÷íîé êèøêè.

âåíòðàëüíîé ñðåäèíîé ëèíèè ôîðìèðîâàíèå ìåçîäåðìàëüíîé ïîëîñêè (ðèñ.2.6 è 2.6à). Ìåçîäåðìàëüíàÿ ïîëîñêà âêëþ÷àåò ïî 8-10 êëåòîê ïî îáå ñòîðîíû âåíòðàëüíîé ñðåäèíîé ëèíèè, ïðåâðàùàÿñü â âåíòðàëüíóþ áîðîçäó. Ýòà áîðîçäà ïðàêòè÷åñêè ïðîõîäèò âäîëü âñåé äëèíû ýìáðèîíà îò ïåðåäíåãî äî çàäíåãî ïîëþñîâ, è êîãäà êðàÿ áîðîçäû ñìûêàþòñÿ ôîðìèðóåòñÿ âíóòðåííÿÿ òðóáêà. Ýòîò ïðîöåññ ñîâåðøàåòñÿ â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ìèíóò. Ìåçîäåðìà îñòàåòñÿ â êîíòàêòå ñ ïîâåðõíîñòíûì ñëîåì ýêòîäåðìàëüíûõ êëåòîê ïîñðåäñòâîì òîíêîãî ïåðåøåéêà øèðèíîé â îäíóäâå êëåòêè (ðèñ.2.7). Òàêèì îáðàçîì, â ðåçóëüòàòå ãàñòðóëÿöèè ôîðìèðóåòñÿ ìåçîäåðìà âäîëü ïåðåäíå-çàäíåé îñè ýìáðèîíà. Âñêîðå íà÷èíàåòñÿ

Ðèñ. 2.7. Ïîïåðå÷íûé ñðåç ÷åðåç ýìáðèîí íà ðàííåé ñòàäèè ôîðìèðîâàíèÿ ïåðâè÷íîé êèøêè. Âèäíî íà÷àëî çàäíåãî âïÿ÷èâàíèÿ (PGM) è âîâëå÷åíèå â ýòîò ïðîöåññ ïîëÿðíûõ êëåòîê (ÐÑ). Mes - ìåçîäåðìà.

èíâàãèíàöèÿ ïåðåäíåé è çàäíåé ÷àñòåé çà÷àòêà êèøêè è îáðàçîâàíèå ëè÷èíî÷íîé êèøêè. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ïåðåäíÿÿ è çàäíÿÿ ÷àñòè ëè÷èíî÷íîé êèøêè ÿâëÿþòñÿ äåðèâàòàìè ýêòîäåðìû è ìåçîäåðìû, òîãäà êàê ñðåäíÿÿ ÿâëÿåòñÿ äåðèâàòîì ýíòîäåðìû è ìåçîäåðìû. Äàëüíåéøàÿ äèôôåðåíöèðîâêà êèøêè äàåò íà÷àëî ðàçëè÷íûì ìîðôîëîãè÷åñêèì ñòðóêòóðàì ëè÷èíêè, òàêèì êàê ðîò, ãëîòêà, ïèùåâîä, êîëüöåâàÿ æåëåçà, æåëóäîê, ìàëüïèãèåâû ñîñóäû, àíóñ è ðàçëè÷íûå òèïû ýïèòåëèàëüíûõ êëåòîê (òàáëèöà 2.2). Ïðàêòè÷åñêè îäíîâðåìåííî ñ îáðàçîâàíèåì âåíòðàëüíîé áîðîçäû ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå ãîëîâíîé áîðîçäû (cephalic furrow) íà ïåðåäíåé êîíöå çàðîäûøà (ðèñ.2.6à). Ýòà áîðîçäà îòäåëÿåò áîëüøóþ ÷àñòü ãîëîâû îò òóëîâèùà. Äîðçàëüíàÿ ÷àñòü ãîëîâíîé áîðîçäû èñ÷åçàåò ê 7-8-ìó ÷àñàì ýìáðèîãåíåçà.

___________________________________________________________________________________

2-11

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Òàáëèöà 2.2. Ïðîèçâîäíûå ïåðâè÷íîé êèøêè (ïî Fullilove, et al., 1978) Èñòî÷íèê Ñòîìîäåóì

Ïåðåäíÿÿ ÷àñòü Íåêîòîðûå ïîëÿðíûå êëåòêè è âîçìîæíî êëåòêè êèøå÷íèêà

Ñåðåäèíà

Çàäíÿÿ ÷àñòü

Íà 7-îì ÷àñó ðàçâèòèÿ íà äðóãîì êîíöå íà÷èíàåòñÿ ïðîöåññ ñåãìåíòàöèè. Ê 8-îìó ÷àñó ðàçâèòèÿ ìîæíî õîðîøî âèäåòü, ÷òî èìååòñÿ ïî ìåíüøåé ìåðå 12 ðåãóëÿðíûõ ïîâòîðÿþùèõñÿ ñåãìåíòîâ: òðè òîðàêàëüíûõ (ãðóäíûõ), Ò1 (ïåðåäíåãðóäè), Ò2 (ñðåäíåãðóäè) è Ò3 (çàäíåãðóäè), 8 àáäîìèíàëüíûõ (áðþøíûõ) (ñ À1 ïî À8) è 1 õâîñòîâîé (ðèñ.2.5 è 2.8). Â ãîëîâíîé ÷àñòè ýìáðèîíà (ïðèìåðíî ê 10 ÷àñó ðàçâèòèÿ) ìîæíî âèäåòü 6 ñåãìåíòîâ, èìåþùèõ ðàçëè÷íóþ ôîðìó è êàê áû ñëèâàþùèåñÿ ìåæäó ñîáîé: ìàíäèáóëÿðíûé (Ma), ìàêñèëÿðíûé (Mx), íèæíåãóáíîé (Lb), ãëàçíîé (O), êëèïåîëàáðàëüíûé (CL) è ïðîöåôàëè÷åñêèé (PC) (ðèñ.2.5 è 2.8). Èç ðèñ.2.5 ìîæíî âèäåòü ïðååìñòâåííîñòü ìåæäó ñåãìåíòíûìè ñòðóêòóðàìè íà ïîâåðõíîñòè ýìáðèîíà è ïðåîáðàçîâàíèå èõ â ñåãìåíòíûå ñòðóêòóðû íà òåëå ëè÷èíêè. Òàêèì îáðàçîì, ýìáðèîãåíåç çàâåðøàåòñÿ

Ñòðóêòóðà ëè÷èíêè ðîò ãëîòêà ïèùåâîä ñòîìîäåàëüíàÿ íåðâíàÿ ñèñòåìà êîëüöåâàÿ æåëåçà ñëþííûå æåëåçû (÷àñòü) äâèãàþòñÿ ÷åðåç ñòîìîäåóì ïðåæåëóäîê (÷àñòü) ýïèòåëèé ñåðåäíåêèøå÷íîé öåêè ýïèòåëèé ñðåäíåé êèøêè: 1. Áîëüøèå êëåòêè 2. Êàëèêîöèòû 3. «æåëåçíûå» êëåòêè ìàëüïèãèåâûå ñîñóäû ýïèòåëèé çàäíåé êèøêè àíóñ

Pc CL

Mx

Ma Lb

Áðþøêî

Ãîëîâà Ãðóäü

Ðèñ. 2.8. Ñõåìà, ïîêàçûâàþùàÿ ñîîòâåòñòâèå ìåæäó ñåãìåíòàìè 8-è ÷àñîâîãî ýìáðèîíà è èìàãî. Îáîçíà÷åíèÿ ñåãìåíòîâ òå æå, ÷òî è íà ðèñ. 2.5.

ñîçäàíèåì ìåòàìåðíîé ñòðóêòóðû îáðàçîâàíèåì êóòèêóëÿðíûõ ïîêðîâîâ è âíóòðåííèõ îðãàíîâ ëè÷èíêè.

___________________________________________________________________________________

2-12

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Âûëóïëèâàíèå ëè÷èíêè I-ãî âîçðàñòà ïðîèñõîäèò ÷åðåç 22-24 ÷àñà îò ìîìåíòà îïëîäîòâîðåíèÿ (ðèñ.2.5). Â òàáëèöå 2.1 ïðèâåäåíû õàðàêòåðèñòèêè ñòàäèé ýìáðèîãåíåçà äðîçîôèëû è âðåìÿ ïðîòåêàíèÿ îòäåëüíûõ ñòàäèé. 2.1.4. Ëè÷èíî÷íàÿ ñòàäèÿ ðàçâèòèÿ. Íà ðèñ. 2.5 ïîêàçàíà ëè÷èíêà Iãî âîçðàñòà. Íà ïåðåäíåì êîíöå ëè÷èíêè íàõîäèòñÿ ðîò ñ êðþêîì (ïðèñïîñîáëåíèå ïîçâîëÿþùåå ëè÷èíêå ïðèêðåïëÿòüñÿ ê ñóáñòðàòó), à íà çàäíåì êîíöå àíàëüíîå îòâåðñòèå. Ïåðåäíèé âåíòðàëüíûé êðàé êàæäîãî èç 3 ãðóäíûõ è 8 áðþøíûõ ñåãìåíòîâ îêàéìëåí ðÿäîì çóá÷èêîâ (denticles) êóòèêóëÿðíûõ îáðàçîâàíèé, õîðîøî âèäèìûõ â ïîëÿðèçîâàííîì ñâåòå. Ôîðìà çóá÷èêîâ ðàçëè÷íà â ãðóäíûõ è áðþøíûõ ñåãìåíòàõ, ÷òî ïîçâîëÿåò èäåíòèôèöèðîâàòü ïîñëåäíèå. Ãîëîâíûå ñåãìåíòû íà ïîçäíèõ ñòàäèÿõ ýìáðèîãåíåçà èíâåðòèðóþò òàêèì îáðàçîì, ÷òî ãîëîâà îêàçûâàåòñÿ âíóòðè ëè÷èíêè, ãäå 3 ñåãìåíòà (Ma, Mx è Lb) äàþò íà÷àëî ðîòîâûì ñòðóêòóðàì ëè÷èíêè. Ýòîò ïðîöåññ íàçûâàåòñÿ èíâîëþöèåé ãîëîâû. Ìîðôîëîãèÿ ëè÷èíêè ìåíÿåòñÿ íåçíà÷èòåëüíî â õîäå ðàçâèòèÿ, â îñíîâíîì óâåëè÷èâàþòñÿ åå ëèíåéíûå ðàçìåðû. Êîíå÷íî, ýòî íå èñêëþ÷àåò óñëîæíåíèå òîé èëè èíîé ñòðóêòóðû. Íàïðèìåð, ìîæíî îòìåòèòü óâåëè÷åíèå ÷èñëà çóáîâ â ðîòîâîì êðþêå ó ëè÷èíîê I, II è III-ãî âîçðàñòîâ. Òåì íå ìåíåå èìåííî ðîñò õàðàêòåðåí äëÿ ëè÷èíî÷íîé ñòàäèè ðàçâèòèÿ. Íåîáõîäèìî, îäíàêî îòìåòèòü, ÷òî â îñíîâå ðîñòà ëåæèò íå ñòîëüêî ïðîëèôåðàöèÿ è ñëåäîâàòåëüíî

óâåëè÷åíèå ÷èñëà êëåòîê, ñêîëüêî ïîëèïëîèäèÿ è ïîëèòåíèçàöèÿ. Ãèñòîëîãè÷åñêèé àíàëèç ïîêàçûâàåò, ÷òî áîëüøèíñòâî ëè÷èíî÷íûõ îðãàíîâ è òêàíåé ïðåäñòàâëåíû ëèáî ïîëèïëîèäíûìè êëåòêàìè (íàïðèìåð, ìûøöû, æèðîâûå òåëà) èëè êëåòêàìè, èìåþùèìè ïîëèòåííûå õðîìîñîìû (ñëþííûå æåëåçû, ìàëüïèãèåâûå ñîñóäû, ýïèòåëèàëüíûå êëåòêè êèøå÷íèêà). Ýòî ðåçóëüòàò ëèáî ýíäîïîëèïëîèäèçàöèè, ïðè êîòîðîé ìèòîç íå ñîïðîâîæäàåòñÿ öèòîêèíåçîì, èëè íåðàñõîæäåíèåì õðîìàòèä (ïîëèòåíèçàöèÿ). Òàêèì îáðàçîì, ïðè ðàçâèòèè ëè÷èíêè ÷èñëî êëåòîê íå óâåëè÷èâàåòñÿ â áîëüøèíñòâå îðãàíîâ è òêàíåé, çà èñêëþ÷åíèåì èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ è èõ àíàëîãîâ (ãèñòîáëàñòîâ), íåéðîáëàñòîâ (êëåòîêïðåäøåñòâåííèêîâ íåéðàëüíûõ êëåòîê èìàãî) è êëåòîê ãîíàä. Èìàãèíàëüíûå äèñêè, ãèñòîáëàñòû, íåéðîáëàñòû è êëåòêè çà÷àòêîâ ãîíàä ïðåäñòàâëåíû äèïëîèäíûìè êëåòêàìè, êîòîðûå îäíàêî ñëàáî ïðîëèôåðèðóþò. Çàñëóæèâàþò îñîáîãî âíèìàíèÿ òèïè÷íî ëè÷èíî÷íûå îáðàçîâàíèÿ, òàê íàçûâàåìûå èìàãèíàëüíûå äèñêè è èõ àíàëîãè â àáäîìèíàëüíûõ ñåãìåíòàõ- ãèñòîáëàñòû. Ðîëü èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ è ãèñòîáëàñòîâ èñêëþ÷èòåëüíî âåëèêà â îíòîãåíåçå äðîçîôèëû. Èìåííî ýòè ëè÷èíî÷íûå îáðàçîâàíèÿ ÿâëÿþòñÿ ìàòåðèàëüíûìè èñòî÷íèêàìè ôîðìèðîâàíèÿ ïðàêòè÷åñêè âñåõ ìîðôîëîãè÷åñêèõ ñòðóêòóð èìàãî (çà èñêëþ÷åíèåì íåðâíûõ ãàíãëèåâ). Ó ëè÷èíêè èìååòñÿ 9 èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ: ëàáèàëüíûé, êëèïåîëàáðàëüíûé, ãëàçî-àíòåííûé,

___________________________________________________________________________________

2-13


Ðèñ.2.9. Èìàãèíàëüíûå äèñêè ëè÷èíêè D. melanogaster äàþò íà÷àëî ðàçâèòèþ ðàçëè÷íûõ ñòðóêòóð íà òåëå èìàãî. Àáäîìèíàëüíûå ñòåðèñòû è òåðãèòû ðàçâèâàþòñÿ èç ãèñòîáëàñòîâ (âûäåëåíû â âèäå òî÷åê).

êðûëîâîé, ãàëòåðíûé, ïåðâûé íîæíîé, âòîðîé íîæíîé, òðåòèé íîæíîé è öåíòðàëüíûé èëè ãåíèòàëüíûé. Íàçâàíèÿ äèñêîâ óêàçûâàþò, èñòî÷íèêîì êàêèõ ñòðóêòóð âçðîñëîé ìóõè îíè ÿâëÿþòñÿ. Íà ðèñ.2.9 ïîêàçàíî ïðîèñõîæäåíèå ðàçëè÷íûõ îðãàíîâ èìàãî èç ñîîòâåòñòâóþùèõ èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ. Íàïðèìåð, âèäíî, ÷òî ðàçëè÷íûå ðîòîâûå ñòðóêòóðû (ãóáû (labrium) è èõ ïðîèçâîäíûå) ðàçâèâàþòñÿ èç äâóõ äèñêîâ ëàáèàëüíîãî è êëèîëàáðàëüíîãî. Ãëàçî-àíòåííûé äèñê äàåò íà÷àëî ðàçâèòèþ àíòåííû, åå ïðîèçâîäíûõ è ãëàçà. Ãèñòîáëàñòû â êàæäîì èç 8 áðþøíûõ ñåãìåíòîâ äàþò íà÷àëî ðàçëè÷íûì ÷àñòÿì èìàãèíàëüíîé êèøêè, êëåòîê ãåìîëèìôû è ìíîãèõ äðóãèõ ýïèòåëèàëüíûõ êëåòîê ñîîòâåòñòâóþùèõ ñòðóêòóð áðþøíûõ ñåãìåíòîâ èìàãî (ðèñ.2.9). Ó ëè÷èíêè èìàãèíàëüíûå äèñêè

ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé íåáîëüøèå ãðóïïû äèïëîèäíûõ êëåòîê, èìåþùèõ ñõîäíóþ ìîðôîëîãèþ. Âåðîÿòíî, âïåðâûå èìàãèíàëüíûå êëåòêè ïîÿâëÿþòñÿ â ïîçäíåì ýìáðèîãåíåçå (ïðèìåðíî ÷åðåç 10 ÷àñîâ ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ), íî êàê âèäèìûå ìîðôîëîãè÷åñêèå ñòðóêòóðû (äèñêè), îòäåëåííûå îò äðóãèõ òêàíåé è êëåòîê, èõ ìîæíî èäåíòèôèöèðîâàòü òîëüêî ñî ñòàäèè ëè÷èíêè ïåðâîãî âîçðàñòà. Àíàëèç ìîçàèêîâ (ñîìàòè÷åñêèõ ðåêîìáèíàíòîâ, íèæå ýòîò ïîäõîä áóäåò ðàññìîòðåí áîëåå äåòàëüíî) ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü ÷èñëî êëåòîê, èç êîòîðûõ ñîñòîÿò èìàãèíàëüíûå äèñêè â ìîìåíò èõ äåòåðìèíàöèè. Îêàçàëîñü, ÷òî, íàïðèìåð, ãàëòåðíûé äèñê ñîñòîèò èç 10 êëåòîê, êîòîðûå óæå íà ñòàäèè êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû ïðåäåòåðìèíèðîâàíû, ÷òîáû äàòü íà÷àëî ðàçâèòèþ æóææàëüöàì, à êðûëîâîé äèñê íà ýòîé æå ñòàäèè ïðåäñòàâëåí 20 êëåòêàìè. Ñ÷èòàåòñÿ,

___________________________________________________________________________________

2-14

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ÷òî ïðåçóìïòèâíûå êëåòêè áóäóùèõ èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ íå ïðîëèôåðèðóþò â õîäå ýìáðèîãåíåçà; îíè ïðîëèôåðèðóþò íà íåâûñîêîì óðîâíå ó ëè÷èíêè äî ñòàäèè îêóêëèâàíèÿ. Â õîäå êóêîëî÷íîé ñòàäèè (ìåòàìîðôîçà) ïðîèñõîäèò èíòåíñèâíàÿ ïðîëèôåðàöèÿ êëåòîê âî âñåõ èìàãèíàëüíûõ äèñêàõ è èõ äèôôåðåíöèðîâêà â äåôèíèòèâíûå ñòðóêòóðû èìàãî. Êëåòêè ãèñòîáëàñòîâ íå ïðîëèôåðèðóþò íà ëè÷èíî÷íîé ñòàäèè ðàçâèòèÿ, íî èíòåíñèâíî äåëÿòñÿ íà êóêîëî÷íîé ñòàäèè.

ýíóêëåèðîâàííûå ÿéöà ââîäèëèñü äîíîðñêèå ÿäðà. Âñå ýìáðèîíû äîíîðû ÿäåð èìåëè ãåíîòèï äèêîãî òèïà, òîãäà êàê ðåöèïèåíòíûå ýíóêëåèðîâàííûå ÿéöà áûëè ãåíåòè÷åñêè ìàðêèðîâàíû ìóòàöèÿìè: yellow (y, æåëòûé öâåò òåëà), singed (sn, îïàëåííûå ùåòèíêè) è lozenge (lz50e, ìàëåíüêèå ãëàçà áåç ôàñåòîê).Áîëüøèíñòâî ðåêîíñòðóèðîâàííûõ ÿéöåêëåòîê ðàçâèâàëèñü íîðìàëüíî äî âûëóïëèâàíèÿ è ëè÷èíêè I-ãî âîçðàñòà, è ðåæå - äî II- è III-ãî âîçðàñòîâ èëè îêóêëèâàíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, ýòè 2.1.5.Òîòèïîòåíòíîñòü è ýêñïåðèìåíòû ïîêàçàëè, ÷òî äîíîðñêèå äåòåðìèíàöèÿ â ýìáðèîãåíåçå ÿäðà îò ýìáðèîíîâ äî ñòàäèè äðîçîôèëû. êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû ñïîñîáíû îáåñïå÷èòü ðàçâèòèå ßäðà äî ñòàäèè ñèíòèöèàëüíîé ðåêîíñòðóèðîâàííûõ ÿéöåêëåòîê äî áëàñòîäåðìû ÿâëÿþòñÿ ñòàäèè ëè÷èíêè è äàæå êóêîëêè, òî åñòü òîòèïîòåòíûìè. Òàêîé âûâîä îíè íåñîìíåííî îáëàäàëè âûñîêèìè îäíîçíà÷íî ñëåäóåò èç ýêñïåðèìåíòîâ ïîòåíöèÿìè. Àíàëèç ïðè÷èí îñòàíîâêè ïî òðàíñïëàíòàöèè ÿäåð, âçÿòûõ îò ðàçâèòèÿ ðåêîíñòðóèðîâàííûõ ÿèö ýìáðèîíîâ ðàçíûõ ñòàäèé ðàçâèòèÿ, â ïîêàçàë, ÷òî ïðîöåäóðà ýíóêëåèðîâàííûå ÿéöà òðàíñïëàíòàöèè è ìàíèïóëÿöèé ñ (íåîïëîäîòâîðåííûå ÿéöåêëåòêè). ýìáðèîíàìè ñëèøêîì òðàâìàòè÷íû è Ñõåìà îäíîãî èç òàêèõ ýêñïåðèìåíòîâ ÿâëÿþòñÿ îñíîâíîé ïðè÷èíîé ãèáåëè âûãëÿäèò ñëåäóþùèì îáðàçîì. ýìáðèîíîâ. Â ñâÿçè ñ ýòèì, Äîíîðàìè ÿäåð áûëè ýìáðèîíû òðåõ ýêñïåðèìåíòû áûëè äîïîëíåíû âîçðàñòîâ: 1) ýìáðèîíû ïîñëå 3-ãî äðóãèì ìåòîäè÷åñêèì ïðèåìîì îöåíêè äåëåíèÿ äðîáëåíèÿ, êîãäà 8 ÿäåð ïîòåíöèàëà ðàçâèòèÿ òåõ èëè èíûõ íàõîäÿòñÿ â öåíòðå öèòîïëàçìû; 2) ÷àñòåé ðàííèõ ýìáðèîíîâ. Ðå÷ü èäåò î ïîëÿðíàÿ çîíà ñèíòèöèàëüíîé ìåòîäå êóëüòèâèðîâàíèÿ in vivo áëàñòîäåðìû ïîñëå 7-ãî äåëåíèÿ ðàçëè÷íûõ ÷àñòåé ýìáðèîíîâ ïóòåì äðîáëåíèÿ, êîãäà ÿäðà âïåðâûå òðàíñïëàíòàöèè èõ â áðþøêî âçðîñëîé äîñòèãàþò çàäíåãî ïîëþñà; 3) ñàìêè. Òðàíñïëàíòèðîâàííûå òàêèì ëàòåðàëüíàÿ ñòîðîíà ýìáðèîíà íà ñïîñîáîì ýìáðèîíàëüíûå êëåòêè ñòàäèè ñèíòèöèàëüíîé áëàñòîäåðìû õîðîøî ðàçìíîæàþòñÿ â ãåìîëèìôå (160 ìèí. ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ). áðþøêà ðåöèïèåíòíîé âçðîñëîé ìóõè. Ñîáñòâåííûå ÿäðà íåîïëîäîòâîðåííûõ Áîëåå òîãî, åñëè òàêèå ýêñïëàíòàíòû ÿéöåêëåòîê óäàëÿëèñü ñ ïîìîùüþ ðåòðàíñïëàíòèðîâàòü ëè÷èíêàì III-ãî ìèêðîïèïåòêè è çàòåì â âîçðàñòà (âñòóïàþùèõ â ìåòàìîðôîç)

___________________________________________________________________________________

2-15

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ êëåòêè íà÷èíàþò äèôôåðåíöèðîâàòüñÿ è äàâàòü íà÷àëî äåôèíèòèâíûì ñòðóêòóðàì èìàãî. Êîìáèíàöèÿ ìåòîäîâ ïåðåñàäêè ÿäåð â ýíóêëåèðîâàííûå ÿéöà è êóëüòèâèðîâàíèÿ in vivo ðàçíûõ ÷àñòåé äåôåêòèâíûõ ýìáðèîíîâ, ðàçâèâøèõñÿ èç ðåêîíñòðóèðîâàííûõ ÿèö ïîçâîëèëà áîëåå ïîëíî ðàñêðûòü ïîòåíöèè äîíîðñêèõ ÿäåð. Ðåçóëüòàòû êóëüòèâèðîâàíèÿ in vivo ïîêàçàëè, ÷òî ïåðâè÷íûå òðàíñïëàíòàíòû, áóäó÷è ïåðåíåñåííûìè â ìåòàìîðôèçèðóþùóþ ëè÷èíêó, äàþò íà÷àëî ðàçâèòèþ ðàçíîîáðàçíûõ ñòðóêòóð èìàãî. Ýòè ðåçóëüòàòû óáåäèòåëüíî ïîêàçûâàþò, ÷òî äîíîðñêèå ÿäðà, â íåçàâèñèìîñòè îò ìåñòà èõ ëîêàëèçàöèè â ñèíòèöèàëüíîé áëàñòîäåðìå, îáëàäàþò âûñîêèì ïîòåíöèàëîì ðàçâèòèÿ, òî åñòü òîòèïîòåíòíû. Â äðóãîì ýêñïåðèìåíòå ïî òðàíñïëàíòàöèè ÿäåð, âçÿòûõ îò ýìáðèîíîâ íà ñòàäèè ðàííåé ãàñòðóëû, òàêæå íàáëþäàëîñü ðàçâèòèå ðåêîíñòðóèðîâàííûõ ÿèö äî ëè÷èíî÷íîé ñòàäèè ðàçâèòèÿ. Îñòàíîâèâøèåñÿ â ðàçâèòèè ðåêîíñòðóèðîâàííûå ýìáðèîíû èëè ëè÷èíêè áûëè èñïîëüçîâàíû â êà÷åñòâå äîíîðîâ êëåòîê. Äîíîðñêèå êëåòêè áûëè âçÿòû èç ïîëÿðíîé ïëàçìû èëè çà÷àòêà ãîíàä è áûëè òðàíñïëàíòèðîâàíû â ïîëÿðíóþ îáëàñòü áëàñòîäåðìû èëè â îáëàñòü çà÷àòêà ãîíàä ëè÷èíêè (ðèñ.2.12 (íåò)). Ïîñëå òàêîé òðàíñïëàíòàöèè äîíîðñêèå êëåòêè ïåðåìåøàëèñü ñ êëåòêàìè ðåöèïèåíòà è ó÷àñòâîâàëè â ôîðìèðîâàíèè ãîíàä, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ó âçðîñëûõ ìóõ ðàçâèâàþòñÿ ìîçàè÷íûå ãîíàäû. Àíàëèç ýòèõ ìîçàèêîâ ïîêàçàë, ÷òî îíè

äåéñòâèòåëüíî ñïîñîáíû ïðîäóöèðîâàòü 2 òèïà ãàìåò, îäíè ãàìåòû ãåíîòèïà ðåöèïèåíòíîãî ýìáðèîíà (ëè÷èíêè), òîãäà êàê äðóãèå èìåþò ãåíîòèï èäåíòè÷íûé ñ äîíîðñêèìè êëåòêàìè, êîòîðûå â ñâîþ î÷åðåäü áåðóò íà÷àëî îò ðåêîíñòðóèðîâàííûõ ÿèö (ðèñ.2.12 (íåò)). Òàêèì îáðàçîì, âûâîä î òîì, ÷òî ÿäðà äî ñòàäèè ñèíòèöèàëüíîé (è äàæå ðàííåé êëåòî÷íîé) áëàñòîäåðìû òîòèïîòåíòíû (îìíèïîòåíòíû) äîñòàòî÷íî îáîñíîâàí. Îäíàêî ïîñëå öåëëþëÿðèçàöèè áîëüøèíñòâî êëåòîê áëàñòîäåðìû óòðà÷èâàþò òîòèïîòåíòíîñòü è ñòàíîâÿòñÿ ïðåäåðìèíèðîâàííûìè (êîììèòèðîâàíûìè) ê êàêîìó-òî åäèíñòâåííîìó ïóòè ðàçâèòèÿ (äèôôåðåíöèðîâêè). Ñîãëàñíî îïðåäåëåíèþ Â.Ãåðèíãà (W.Gehring) ïðîöåññ äèôôåðåíöèðîâêè òîòèïîòåíòíîé êëåòêè ìîæíî ðàçäåëèòü íà 2 ôàçû: ïåðâàÿ ôàçà ïðîãðàììèðîâàíèå êëåòêè èëè ñîáñòâåííî äåòåðìèíàöèÿ ê ðàçâèòèþ ïî îäíîìó åäèíñòâåííîìó ïóòè èç ìíîæåñòâà âîçìîæíûõ äðóãèõ. Â ñîâðåìåííîé ëèòåðàòóðå ÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ òåðìèí êîììèòèðîâàíèå, ïðàêòè÷åñêè ñèíîíèì äåòåðìèíàöèè, îòðàæàþùèé òàêæå îãðàíè÷åíèå ïóòåé ðàçâèòèÿ. Âòîðàÿ ôàçà - ðåàëèçàöèÿ ïðîãðàììû ðàçâèòèÿ, ïðèâîäÿùàÿ ê ïîÿâëåíèþ ìîðôîëîãè÷åñêèõ è áèîõèìè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê (ïðèçíàêîâ) ñïåöèàëèçèðîâàííîé êëåòêè. Ïðèìåíèòåëüíî ê äðîçîôèëå, îáå ýòè ôàçû çíà÷èòåëüíî ðàçîáùåíû âî âðåìåíè: äåòåðìèíàöèÿ ïðîèñõîäèò íà ñòàäèè êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû, òîãäà êàê ïîÿâëåíèå ðàçíîãî ðîäà

___________________________________________________________________________________

2-16

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ñ ï å ö è à ë è ç è ð î â à í í û õ äèôôåðåíöèðîâàííûõ êëåòîê è ìîðôîëîãè÷åñêèõ ñòðóêòóð îáíàðóæèâàåòñÿ òîëüêî ó êóêîëêè ïåðåä âûëåòîì èìàãî. Êàêèå æå ôàêòû ëåæàò â îñíîâå âûâîäà, ÷òî êëåòêè íà ñòàäèè áëàñòîäåðìû ñòàíîâÿòñÿ äåòåðìèíèðîâàííûìè ê ðàçâèòèþ òåõ èëè èíûõ äåôèíèòèâíûõ ñòðóêòóð èìàãî? Ñóùåñòâóåò íåìàëî ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ (îñíîâàííûõ íà ðàçíûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ïîäõîäàõ), ïîäòâåðæäàþùèõ ýòî ïîëîæåíèå. Íàïðèìåð, åñëè ýìáðèîí (ìàðêèðîâàí ìóòàöèÿìè: multiple wing hair, ìíîæåñòâåííûå êðûëîâûå øåòèíêè è ebony (e, ÷åðíîå òåëî)) íà ñòàäèè êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû (3 ÷àñà ðàçâèòèÿ) ðàçðåçàòü íà äâå ðàâíûå ÷àñòè (ðèñ.2.13), à çàòåì ðàçäåëüíî îáå ïîëîâèíêè ñìåøàòü ñ êëåòêàìè öåëûõ ýìáðèîíîâ, ìàðêèðîâàííûõ äðóãèìè ìóòàöèÿìè (ebony (÷åðíîå òåëî), white (w, áåëûå ãëàçà) è forked (âèë÷àòûå êðûëüÿ)) è òàêóþ ñìåñü òðàíñïëàíòèðîâàòü â áðþøêî âçðîñëîé ñàìêè, òî â ýòîì ñëó÷àå ìîæíî íàáëþäàòü ïðîëèôåðàöèþ òðàíñïëàíòèðîâàííûõ êëåòîê. Îäíàêî, åñëè êëåòêè òðàíñïëàíòàòà ïîìåñòèòü â ìåòàìîðôèçèðóþùóþ ëè÷èíêó, òî ìîæíî íàáëþäàòü èõ äèôôåðåíöèðîâêó è îáðàçîâàíèå ðàçëè÷íûõ ñòðóêòóð èìàãî (ðèñ.2.14). Ãèñòîëîãè÷åñêèé àíàëèç òðàíñïëàíòàíòîâ ïîêàçàë, ÷òî êëåòêè ïåðåäíåé ÷àñòè áëàñòîäåðìû äàþò íà÷àëî òîëüêî ãîëîâíûì (àíòåííà, ãëàçà è äð.) è òîðàêàëüíûì (êðûëüÿ, ãàëòåðû, è íîãè) ñòðóêòóðàì, òîãäà êàê êëåòêè çàäíåé îáëàñòè ðàçâèâàþòñÿ òîëüêî â ñòðóêòóðû çàäíåé

÷àñòè èìàãî. Ñõîäíûå äàííûå áûëè ïîëó÷åíû â ýêñïåðèìåíòàõ ïî ñìåøèâàíèþ êëåòîê ïåðåäíèõ è çàäíèõ ÷àñòåé áëàñòîäåðìû, âçÿòûõ îò ðàçíûõ ýìáðèîíîâ, ìàðêèðîâàííûõ ðàçíûìè ìóòàöèÿìè. Ñìåñü òàêèõ êëåòîê áûëà òðàíñïëàíòèðîâàíà è â áðþøêî âçðîñëîé ñàìêè äëÿ êóëüòèâèðîâàíèÿ in vivo. Ïîñëå äîñòàòî÷íî ïðîäîëæèòåëüíîãî êóëüòèâèðîâàíèÿ ýêñïëàíòàíòû èçâëåêàëèñü èç áðþøêà è ââîäèëèñü â ìåòàìîðôèçèðóþùèå ëè÷èíêè. Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, òàêîé ïðèåì ñòèìóëèðóåò êëåòêè ê äèôôåðåíèðîâêå. Ãèñòîëîãè÷åñêèé àíàëèç ýêñïëàíòàíòîâ ïîêàçàë, ÷òî îíè äàâàëè íà÷àëî ðàçëè÷íûì èìàãèíàëüíûì ñòðóêòóðàì: êëåòêè, ïðîèñõîäÿùèå èç ïåðåäíèõ ÷àñòåé áëàñòîäåðìû, ðàçâèâàëèñü òîëüêî â mwh e

mwh e ïåðåäíÿÿ ïîëîâèíà çàäíÿÿ ïîëîâèíà

ywf36a

êëåòêè áëàñòîäåðìû ïîëÿðíûå êëåòêè ìèêðîïèëü ywf36a

mwh e

Ðèñ.2.13.Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ïðîöåäóðà àíàëèçà ñîñòîÿíèÿ äåòåðìèíàöèè êëåòîê ðàçíûõ ðàéîíîâ áëàñòîäåðìû. Áëàñòîäåðìó ãåíåòè÷åñêè ìàðêèðîâàííûõ ýìáðèîíîâ ðàçðåçàëè íà äâå ïîëîâèíû è ðàçäåëüíî ñîåäèíèëè ñ öåëüíûìè ýìáðèîíàìè, íåñóùèìè äðóãèå ìàðêåðû. Çàòåì òàêèå ýìáðèîíû äèññîöèèðóþò äî îäíîðîäíîé êëåòî÷íîé ñóñïåíçèè è êóëüòèâèðóþò in vivo (òðàíñïëàíòàöèÿ â áðþøêî). Ìàðêåðíûå ãåíû: mwh - multiple wing hairs; e - ebony; w white; f36a - forked (ïî Chan and Gehring, 1971). ___________________________________________________________________________________

2-17

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Ãåíèòàëüíûé äèñê Èñòî÷íèêè

Ñåìåííèê

Ïåðâè÷íûé ðåöèïèåíò

Âòîðîå ïîêîëåíèå

Òðåòüå ïîêîëåíèå ×åòâåðòîå ïîêîëåíèå Ðèñ.2.14. Ñõåìà êóëüòèâèðîâàíèÿ in vivo â áðþøêå èìàãî íà ïðèìåðå êëåòîê ãåíåòàëüíîãî äèñêà. Ïîêàçàíà ñåðèÿ òðàíñïëàíòàöèé ãåíèòàëüíîãî äèñêà â áðþøêî âçðîñëûõ ìóõ. Â êàæäîé ãåíåðàöèè ïîïóëÿöèÿ êëåòîê äèñêà ðàçäåëÿåòñÿ íà äâå ÷àñòè; îäíà òðàíñïëàíòèðóåòñÿ èìàãî, à äðóãàÿ - ëè÷èíêå. Òàêèì îáðàçîì, îäíà ÷àñòü êëåòîê êóëüòèâèðóåòñÿ è ðàçìíîæàåòñÿ â áðþøêå èìàãî, à äðóãàÿ ÷àñòü êëåòîê äèôôåðåíöèðóåòñÿ â ýêñïëàíòàòå ó ëè÷èíêè, ôîðìèðóÿ ðàçëè÷íûå ñòðóêòóðû (ïî Hadorn, 1968).

ãîëîâíûå ñòðóêòóðû, à èç çàäíèõ ÷àñòåé - òîëüêî â ñòðóêòóðû ãîíàä è çàäíèå ñåãìåíòû èìàãî. Ñóùåñòâóþò è äðóãèå ïðèåìû îöåíêè äåòåðìèíàöèè êëåòîê áëàñòîäåðìû, òàêèå êàê, íàïðèìåð, óäàëåíèå èëè ðàçðóøåíèå êëåòîê â êàêîé-ëèáî ÷àñòè áëàñòîäåðìû. Êàê ïðàâèëî, ýòî ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ó èìàãî áóäåò îòñóòñòâîâàòü òà èëè èíàÿ äåôèíèòèâíàÿ ñòðóêòóðà. Òàêèì îáðàçîì, êëåòêè, ðàñïîëîæåííûå â ðàçíûõ ÷àñòÿõ áëàñòîäåðìû èìåþò èíäèâèäóàëüíóþ ñóäüáó â ðàçâèòèè, íà ýòîé ñòàäèè îíè

ïðåäåòåðìèíèðîâàíû ê ðàçâèòèþ â òó èëè èíóþ äåôèíèòèâíóþ ñòðóêòóðó èìàãî. Áîëüøîé ýêñïåðèìåíòàëüíûé ìàòåðèàë, ïîäòâåðæäàþùèé ýòî ïîëîæåíèå, áûë ïîëó÷åí ïðè èññëåäîâàíèè ãåíåòè÷åñêèõ ìîçàèêîâ. Ýòî ÷èñòî ãåíåòè÷åñêèé ñïîñîá îöåíêè äåòåðìèíàöèè. Èçâåñòíî, ÷òî ýìáðèîíû äðîçîôèëû, èìåþùèå ãåíîòèï ÕÕ, ðàçâèâàþòñÿ êàê ñàìêè, òîãäà êàê ñ ãåíîòèïàìè ÕÓ è ÕÎ - êàê ñàìöû. Â ëàáîðàòîðíûõ ïîïóëÿöèÿõ äðîçîôèëû íàéäåíà ìóòàöèÿ Õ

___________________________________________________________________________________

2-18


à

á

â

Ðèñ.2.15. Îáðàçîâàíèå ãèíàíäðîìîðôîâ ó Drosophila melanogaster. Óòðàòà íåñòàáèëüíîé êîëüöåâîé Õ-õðîìîñîìû ïðè îäíîì èç ðàííèõ äåëåíèé äðîáëåíèÿ ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ äâóõ ãåíîòèïè÷åñêè ðàçëè÷íûõ ïîïóëÿöèé ÿäåð: XX (òåìíûå êðóæêè) è ÕÎ (ñâåòëûå êðóæêè). Åñëè â êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìå ýòè äâå ïîïóëÿöèè ðàçäåëåíû ïî ñðåäíåñàãèòòàëüíîé ïëîñêîñòè, òî îáðàçóåòñÿ ìîçàè÷íàÿ âçðîñëàÿ ìóõà, ó êîòîðîé îäíà ïîëîâèíà èìååò ìóæñêóþ, à äðóãàÿ - æåíñêóþ ìîðôîëîãèþ. Åñëè íåêîëüöåâàÿ Õ-õðîìîñîìà íåñåò ðåöåññèâíûå ãåíûìàðêåðû, òî îíè ýêñïðåññèðóþòñÿ â ìóæñêîé ÕÎ-ïîëîâèíå. Íà ýòî óêàçûâàþò óêîðî÷åííîå êðûëî è áåëûé ãëàç (ìóõà â âåðõíåì ðÿäó). Äâå ìóõè â íèæíåì ðÿäó èëëþñòðèðóþò ðåçóëüòàòû óòðàòû êîëüöåâîé Õ-õðîìîñîìû, çà êîòîðîé ñëåäóåò ðàçäåëåíèå ãèíàíäðîìîðôîâ íà æåíñêóþ è ìóæñêóþ ÷àñòè ëèáî â ïåðåäíå-çàäíåì (Á), ëèáî â êîñîì (Â) íàïðàâëåíèè (Strckberger, 1976).

õðîìîñîìû, êîòîðàÿ îïðåäåëÿåò åå êîëüöåâóþ ñòðóêòóðó. Àíàëèç ðàííåãî ðàçâèòèÿ ãåòåðîçèãîò ïî ýòîé ìóòàöèè ïîêàçàë, ÷òî ïðè ïåðâûõ äåëåíèÿõ äðîáëåíèÿ ýìáðèîíû ÷àñòî òåðÿþò êîëüöåâóþ Õ õðîìîñîìó. Â ðåçóëüòàòå ýëèìèíàöèè êîëüöåâîé Õ õðîìîñîìû ó ýìáðèîíà âîçíèêàåò äâà òèïà ÿäåð ( à ïîçäíåå è êëåòîê), îäíè èìåþò ãåíîòèï ÕÕ, òîãäà êàê äðóãèå ÕÎ, òî åñòü òàêèå ýìáðèîíû ìîçàè÷íû è ôåíîòèïè÷åñêè ðàçâèâàþòñÿ êàê ãèíàíäðîìîðôû, òåëî êîòîðûõ ïðåäñòàâëåíî ñòðóêòóðàìè ñàìêè è ñàìöà. Ðèñ.2.15 èëëþñòðèðóåò

ñõåìàòè÷åñêè âîçìîæíûå ôåíîòèïû ã è í à í ä ð îì î ð ô î â - ì î ç à è êî â . Ñîîòíîøåíèå ÷èñëà êëåòîê îáåèõ ïîïóëÿöèé îïðåäåëÿåòñÿ ñòàäèåé, íà êîòîðîé ýëèìèíèðóåò êîëüöåâàÿ Õ õðîìîñîìà. Åñëè åå ïîòåðÿ ïðîèñõîäèò ïîñëå 1-ãî äåëåíèÿ äðîáëåíèÿ, òî âçðîñëàÿ ìóõà áóäåò èìåòü ïðèìåðíî ðàâíîå ÷èñëî êëåòîê æåíñêîãî è ìóæñêîãî òèïîâ. Åñëè æå åå ïîòåðÿ ïðîèçîøëà íà áîëåå ïîçäíåé ñòàäèè ðàçâèòèÿ, òî äîëÿ êëåòîê ñ ìóæñêèì ôåíîòèïîì (è ñîîòâåòñòâåííî ñòðóêòóð íà òåëå èìàãî) áóäåò ìåíüøå ïî

___________________________________________________________________________________

2-19

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ñðàâíåíèþ ñ êëåòêàìè æåíñêîãî òèïà. Âèçóàëèçàöèÿ êëåòî÷íûõ êëîíîâ æåíñêîãî è ìóæñêîãî òèïîâ îáëåã÷àåòñÿ ââåäåíèåì ìóòàöèé. Äëÿ ýòîé öåëè èñïîëüçóþò ðåöåññèâíûå âèäèìûå ìóòàöèè, íàïðèìåð, yellow èëè/è white, ââåäåííûå â íîðìàëüíóþ Õ õðîìîñîìó. Â ýòîì ñëó÷àå, ïîòåðÿ êîëüöåâîé Õ õðîìîñîìû ñîïðîâîæäàåòñÿ ïðîÿâëåíèåì ìóòàíòíîãî ôåíîòèïà â êëåòêàõ ÕÎ, è òåì ñàìûì, ïîÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü äèñêðèìèíèðîâàòü æåíñêóþ è ìóæñêóþ ïîïóëÿöèè â ðàçâèòèè ìîçàèêîâ (ðèñ.2.15). Ñòåðòåâàíò (A.Sturtevant) áûë ïèîíåðîì èñïîëüçîâàíèÿ ãèíàíäðîìîðôîâ äëÿ ïîñòðîåíèÿ êàðòû ïðåçóìïòèâíûõ çà÷àòêîâ ñòðóêòóð âçðîñëîé ìóõè ïóòåì êîëè÷åñòâåííîé îöåíêè ÷àñòîòû, ñ êîòîðîé ïîÿâëÿþòñÿ äâà îðãàíà ñ ðàçíîïîëûì ôåíîòèïîì. Äàëüíåéøåå ðàçâèòèå ýòîò ïîäõîä ïîëó÷èë áëàãîäàðÿ ðàáîòàì Àíòîíèî Ãàðñèà-Áåëèäî (Antonio Gracia-Belido) è Äæîíà Ìåððèàìà (John Merriam), êîòîðûå ïðîñòðîèëè äåòàëüíóþ êàðòó ñóäüáû êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû, òî åñòü óñòàíîâèëè ãðàíèöû ïðåçóìïòèâíûõ çà÷àòêîâ íà ïîâåðõíîñòè êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû, èç êîòîðûõ ðàçâèâàþòñÿ ðàçëè÷íûå äåôèíèòèâíûå ñòðóêòóðû èìàãî. Îíè ââåëè ìåðó ôèçè÷åñêîé áëèçîñòè íà êàðòå áëàñòîäåðìû ïðåçóìïòèâíûõ çà÷àòêîâ îðãàíîâ èìàãî (ðèñ.2.16). Íàïðèìåð, èç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ñëåäóåò, ÷òî ó 10% ïðîàíàëèçèðîâàííûõ ãèíàíäðîìîðôîâ ïåðâàÿ è âòîðàÿ ïàðà íîã èìåþò ðàçíîïîëûé ôåíîòèï, îäíà ìóæñêîé, à äðóãàÿ æåíñêèé, èëè íàîáîðîò. Íà êàðòå ñóäüáû ýòî áóäåò

ñîîòâåòñòâîâàòü ðàññòîÿíèþ ìåæäó çà÷àòêàìè äëÿ ïåðâîé è âòîðîé ïàð íîã - 10 ñòåðòàì (ðèñ.2.16). Íà ðèñ.2.17 ïðåäñòàâëåíû ñóììàðíûå äàííûå ïî êàðòèðîâàíèþ ïðåçóìïòèâíûõ çà÷àòêîâ èìàãèíàëüíûõ îðãàíîâ íà ïîâåðõíîñòè áëàñòîäåðìû. Õîðîøî âèäíî ñõîäñòâî ñ îðãàíèçàöèåé èìàãî âäîëü ïåðåäíåçàäíåé îñè. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ìàëî ÷òî èçâåñòíî î ïðèðîäå äåòåðìèíàöèè (êîììèòèðîâàíèÿ). Ýòî îäíà èç öåíòðàëüíûõ ïðîáëåì áèîëîãèè ðàçâèòèÿ. Ðîëü îòäåëüíûõ ôàêòîðîâ â ñòàíîâëåíèè äåòåðìèíàöèè âûÿâëåíà â ýêñïåðèìåíòàõ ñ ïåðåñàäêàìè ÿäåð è öèòîïëàçìû ýìáðèîíîâ è àíàëèçå ðàçâèòèÿ ìîçàèêîâ. Íåñîìíåííî, â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ, â äåòåðìèíàöèè ñóùåñòâåííóþ ðîëü èãðàåò îîïëàçìà (öèòîïëàçìà ÿéöà). Â êà÷åñòâå èëëþñòðàöèè ìîæíî ïðèâåñòè ðåçóëüòàòû îïûòîâ ïî ìèêðîèíúåêöèè öèòîïëàçìû èç çàäíåãî ïîëþñà ñèíòèöèàëüíîé áëàñòîäåðìû â äîðçàëüíóþ èëè ïåðåäíþþ îáëàñòè äðóãîãî ýìáðèîíà íà ýòîé æå ñòàäèè ðàçâèòèÿ (ðèñ.2.17à). Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, â çàäíåì ïîëþñå íàõîäèòñÿ ïîëÿðíàÿ ïëàçìà, ìåñòî çàêëàäêè áóäóùèõ ïîëîâûõ êëåòîê. Ýìáðèîíû äîíîðû öèòîïëàçìû èìåëè äâà ìàðêåðà, äîìèíàíòíûå ìóòàöèè Bar (B) è Bars (Bs), â òî âðåìÿ êàê ýìáðèîíûðåöèïèåíòû íåñëè äâå ðåöåññèâíûå ìóòàöèè multiple wing hair è ebony â ãîìîçèãîòíîì ñîñòîÿíèè (ðèñ.2.17à). Íà ñòàäèè êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû êëåòêè, îáðàçîâàâøèåñÿ íà ìåñòå èíúåêöèè öèòîïëàçìû (îîïëàçìû), áûëè èçúÿòû èç ðåöèïèåíòíûõ ýìáðèîíîâ è ðåòðàíñïëàíòèðîâàíû

___________________________________________________________________________________

2-20

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Äîðçàëüíàÿ ñðåäíÿÿ ëèíèÿ

Ïåðåäíÿÿ ÷àñòü

X

âòîðûì ðåöèïèåíòíûì ýìáðèîíàì, íåñóùèì òðè ðåöåññèâíûå ìóòàöèè yellow, maroonlike ( êîðè÷íåâûé öâåò

24 2ò3ò 4ò 5ò 15 23 6ò 7 9 7 23 6 3 Ïò 11 16 15 13 14 Ê 21 4 5 4 135 13 5 29 14 2ñ 3ñ4ñ5ñ6ñ Ïñ Àíò 11 16 25 21 10 Íîãà I 10 Íîãà III Íîãà II 26

18 22 28

Âåíòðàëüíàÿ ñðåäíÿÿ ëèíèÿ

á

Äîðçàëüíàÿ ñðåäíÿÿ ëèíèÿ Õîáîòîê Ãîëîâà

Ãëàç Ìîçã

Äîðçàëüíàÿ îáëàñòü

Àáäîìèíàëüíàÿ îáëàñòü Êðûëî Íîãà III Íîãà I Íîãà II Âåíòðàëüíàÿ îáëàñòü Âåíòðàëüíàÿ íåðâíàÿ ñèñòåìà Ìåçîäåðìà Âåíòðàëüíàÿ ñðåäíÿÿ ëèíèÿ

Ðèñ.2.17. A. Êàðòà çà÷àòêîâ áëàñòîäåðìû D. melanogaster, ïîñòðîåííàÿ ïî ïðèíöèïó, îïèñàííîìó íà ïðåäûäóùåì ðèñ.2.16; ïîêàçàíû ñàéòû, èç êîòîðûõ ðàçîâüþòñÿ ðàçëè÷íûå ÷àñòè òåëà èìàãî. Ðàññòîÿíèå óêàçàíî â ñòåðòàõ. Ïóíêòèðîì îáîçíà÷åíî ðàññòîÿíèå äî ñðåäíåé ëèíèè. Êàðòà ïðåäñòàâëåíà êàê âèä èçíóòðè ïîëîé áëàñòîäåðìû. Àíò - àíòåííà, Ã - ãëàç, Õ õîáîòîê, Ãó - ãóìåðóñ, Í - íîòóì, Ê - êðûëî, Æ - æóææàëüöà, Ò - òåðãèò, Ñ - ñòåðíèò, Ãí ãåíèòàëèè. Á - âíåøíèå ÷àñòè èìàãî íàëîæåíû íà ïîâåðõíîñòü áëàñòîäåðìû.

ãëàç) è singed (îïàëåííûå ùåòèíêè). Ðàçâèâøèåñÿ âçðîñëûå ìóõè èç òàêèõ ýìáðèîíîâ äàâàëè ïîòîìñòâî ñ ôåíîòèïîì: ìíîæåñòâåííûå ùåòèíêè è ÷åðíîå òåëî, òî åñòü èìåëè èäåíòè÷íûé ãåíîòèï (mwh e 4 ) ñ ýìáðèîíàìè äîíîðàìè êëåòîê. Òàêèå ïîëîâûå êëåòêè ìîãëè ñôîðìèðîâàòüñÿ â ýêòîïè÷åñêèõ ìåñòàõ òîëüêî ïîä âîçäåéñòâèåì èíúåêöèè ïîëÿðíîé ïëàçìû.

___________________________________________________________________________________

2-21


Ïåðåäíÿÿ ÷àñòü

Ðèñ. 2.16. Ïðèíöèïû ïîñòðîåíèÿ êàðò çà÷àòêîâ îðãàíîâ. Äâóìåðíàÿ íåïðåðûâíàÿ ïîâåðõíîñòü áëàñòîäåðìû ïîñòðîåíà èç îäíîãî ñëîÿ êëåòîê; ñëåâà íà ðèñóíêå îíà ïîêàçàíà â ïðîåêöèè íà ïëîñêîñòü. Íà íåé óêàçàíû òðè çà÷àòêà (À, Â è Ñ). Íà ðèñóíêå ïðèâåäåíî íåñêîëüêî âîçìîæíûõ ëèíèé, ðàçäåëÿþùèõ áëàñòîäåðìó íà äâà ó÷àñòêà, îäèí èç êîòîðûõ ñîñòîèò èç êëåòîê ñ ôåíîòèïîì ñàìêè, à äðóãîé - ñ ôåíîòèïîì ñàìöà; íåêîòîðûå èç ýòèõ ëèíèé íàõîäÿòñÿ ìåæäó çà÷àòêàìè. ×åì áîëüøå ðàññòîÿíèå ìåæäó çà÷àòêàìè, òåì áîëüøå âåðîÿòíîñòü, ÷òî ó äàííîãî ãèíàíäðîìîðôà ðàçäåëèòåëüíàÿ ëèíèÿ ïðîéäåò ìåæäó ýòèìè çà÷àòêàìè. Â òàêîì ñëó÷àå îðãàíû âçðîñëîãî íàñåêîìîãî, âîçíèêøèå èç íèõ, áóäóò èìåòü ðàçëè÷íûé ïîë è ãåíîòèï. ×àñòîòà ãèíàíäðîìîðôîâ, ó êîòîðûõ äâà äàííûõ îðãàíà ðàçëè÷íû ïî ïîëó è ãåíîòèïó, ÿâëÿåòñÿ ìåðîé ðàññòîÿíèÿ ìåæäó èõ çà÷àòêàìè íà êàðòå. Îäèí ñòåðò - ýòî åäèíèöà, îïðåäåëÿåìàÿ êàê òàêîå ðàññòîÿíèå ìåæäó äâóìÿ ñàéòàìè, ÷òî ðàçäåëèòåëüíàÿ ëèíèÿ ìåæäó íèìè ïðîõîäèò ó 1% âñåõ ãèíàíäðîìîðôîâ. Íà ïðàâîé äèàãðàììå ñàéòû À è Â ðàñïîëîæåíû íà ðàññòîÿíèè 10 ñòåðòîâ äðóã îò äðóãà; åñëè ðàññòîÿíèå ìåæäó Ñ è Â - 8 ñòåðòîâ, òî ñàéò Ñ ðàñïîëîæåí íà îäíîé èç äâóõ òî÷åê ïåðåñå÷åíèÿ, ïîêàçàííûõ íà ðèñóíêå. Âûáîð ìåæäó ýòèìè äâóìÿ òî÷êàìè ìîæíî ñäåëàòü ïóòåì êàðòèðîâàíèÿ äàííûõ òðåõ ñàéòîâ îòíîñèòåëüíî êàêèõ-ëèáî äîïîëíèòåëüíûõ ñàéòîâ.

10 Ãó


a


á

â

Ðèñ. 2.17à. À. Ïîëÿðíûå êëåòêè â çàäíåì ïîëþñå ýìáðèîíà îáðàçóþòñÿ äî ñòàäèè êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû (ïîñëå 10-11 äåëåíèÿ-äðîáëåíèÿ) (Á è Â). Ïðèñóòñòâèå äåòåðìèíàíò ïîëÿðíûõ êëåòîê â çàäíåì ïîëþñå ýìáðèîíà ìîæíî ïîêàçàòü ïóòåì òðàíñïëàíòàöèè îîïëàçìû èç ýòîé çîíû â äðóãèå ÷àñòè çàðîäûøà, ãäå îíè îáû÷íî íå îáðàçóþòñÿ (íàïðèìåð, êàê íà ðèñóíêå òðàíñïëàíòèðîâàòü â ðàéîí ïåðåäíåãî ïîëþñà (Á), èëè äîðçàëüíóþ ÷àñòü ýìáðèîíà (Â)). Äîíîðîì öèòîïëàçìû (îîïëàçìû) áûëè ýìáðèîíû ñ Õ è Y õðîìîñîìàìè, ìàðêèðîâàííûìè äîìèíàíòíûìè ìóòàöèÿìè Bar (B è Bs). ßéöà-ðåöåïèåíòû âçÿòû èç ëèíèè, ãîìîçèãîòíîé ïî ìóòàöèÿì 3-é õðîìîñîìû: multiple wing hair (mwh) (ìíîæåñòâåííûå ùåòèíêè íà êðûëüÿõ) è ebony (e4) (÷åðíûé öâåò). Òðàíñïëàíòèðîâàííàÿ ïîëÿðíàÿ îîïëàçìà èíäóöèðóåò îáðàçîâàíèå ïîëÿðíûõ êëåòîê â ýêòîïè÷åñêîì ìåñòå, â ïåðåäíåì ïîëþñå. Ôóíêöèîíàëüíóþ ñïîñîáíîñòü èíäóöèðîâàííûõ ïîëÿðíûõ êëåòîê ìîæíî âûÿâèòü ïîâòîðíîé òðàíñïëàíòàöèåé ýòèõ êëåòîê â çàäíèé ïîëþñ ýìáðèîíîâ, ìàðêèðîâàííûõ ðåöåññèâíûìè ìóòàöèÿìè yellow (y) (æåëòûé öâåò òåëà), singed (sn3) (îïàëåííûå ùåòèíêè) è maroonlive (mal) (êîðè÷íåâûé öâåò ãëàç).×àñòü ãàìåò, îáðàçóåìûõ âçðîñëûìè ìóõàìè, ðàçâèâøèìèñÿ èç òàêèõ ýìáðèîíîâ, íåñåò ìàðêåðû mwh e4, à íå y sn3 mal. Ñëåäîâàòåëüíî, èíäóöèðîâàííûå ïîëÿðíûå êëåòêè, ãåíîòèï êîòîðûõ ñîîòâåòñòâóåò ãåíîòèïó ýìáðèîíîâ-ðåöåïèåíòîâ îîïëàçìû, ÿâëÿþòñÿ èñòèííûìè ïîëÿðíûìè êëåòêàìè.

Ïî ìíåíèþ Â.Ôîå (V.E.Foe), êðèòè÷åñêèì ìîìåíòîì â ðàííåì ýìáðèîãåíåçå äðîçîôèëû ÿâëÿåòñÿ àñèíõðîííîñòü äåëåíèÿ êëåòîê ýìáðèîíà. Èçâåñòíî, ÷òî ïåðâûå 13 äåëåíèé äðîáëåíèÿ ïðîòåêàþò ñèíõðîííî, õîòÿ ïîñëåäíèå 12-å è 13-å

ïðîõîäÿò â âèäå âîëíû âäîëü ïåðåäíå-çàäíåé îñè (ðèñ.2.18). Çàòåì íàáëþäàåòñÿ ÿðêî âûðàæåííàÿ àñèíõðîííîñòü âõîæäåíèÿ â 14-é ìèòîç êëåòîê ðàçëè÷íûõ ÷àñòåé áëàñòîäåðìû. Âàæíî ïîä÷åðêíóòü, ÷òî ïðîèñõîäèò ýòî çà ñ÷åò óäëèíåíèÿ èíòåðôàçû. Íà

___________________________________________________________________________________

2-22


Ðèñ. 2.18. Ôèêñèðîâàííûé ýìáðèîí íà ñòàäèè 13-îãî äåëåíèÿ, çà 5 ìèí. äî èíòåðôàçû 14îãî äåëåíèÿ. Èììóíî-ôëóîðåñöåíòíàÿ îêðàñêà ñ ïîìîùüþ àíòèòåë ïðîòèâ òóáóëèíà. Õîðîøî âèäíî, ÷òî ÿäðà ñèíòèöèàëüíîé áëàñòîäåðìû äåëÿòñÿ ñèíõðîííî, âñå êëåòêè íàõîäÿòñÿ íà ñòàäèè ìåòàôàçû èëè íà÷àëà àíàôàçû. à

á

Ðèñ.2.19. Ìèòîòè÷åñêèå äîìåíû ñõåìàòè÷åñêè ñïðîåöèðîâàííûå íà ýìáðèîí ñ äîðçàëüíîé (À) è âåíòðàëüíîé (Á) ñòîðîíû. Ãîëîâíîé êîíåö ñëåâà. Ðàçëè÷íûì öâåòîì îêðàøåíû ìèòîòè÷åñêèå äîìåíû. Öèôðû îáîçíà÷àþò äîìåíû ñ ñèíõðîííî äåëÿùèìèñÿ êëåòêàìè â ñîîòâåòñòâèè ñ ïîðÿäêîì âõîæäåíèÿ èõ â ìèòîç. N è M âûäåëåíû äîìåíû, â êîòîðûõ êëåòêè äåëÿòñÿ ìåíåå ñèíõðîííî, ÷åì â ïðîíóìåðîâàííûõ äîìåíàõ. À è B îòìå÷åíû äâà äîìåíà, â êîòîðûõ êëåòêè íå äåëÿòñÿ.

14-é ìèòîç ïðîòåêàåò ñèíõðîííî. Åþ èäåíòèôèöèðîâàíî 25 òàêèõ äîìåíîâ. Íà ðèñ.2.20 ïîêàçàíî âðåìÿ âñòóïëåíèÿ êàæäîãî äîìåíà â 14-é ìèòîç. Ðèñ.2.21 èëëþñòðèðóåò àñèíõíðîííîñòü äåëåíèÿ â ðàçíûõ ðàéîíàõ áëàñòîäåðìû è îäíîâðåìåííî ÷åòêóþ ñèíõðîííîñòü âíóòðè êàæäîãî ðèñ.2.19 ïîêàçàíû ðàéîíû äîìåíà. Áîëåå òîãî, êàê âèäíî èç áëàñòîäåðìû, íàçâàííûå Ôîå ðèñ.2.22 â êàæäîì äîìåíå ìîæíî ìèòîòè÷åñêèìè äîìåíàìè, â êîòîðûõ íàáëþäàòü îïðåäåëåííóþ îðèåíòàöèþ ___________________________________________________________________________________ 2-23

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Âðåìÿ ïîÿâëåíèÿ ìèòîçîâ â äîìåíàõ (ìèí. îò íà÷àëà èíòåðôàçû 14-îãî Ñòàäèè äåëåíèÿ ïðè 25 0Ñ)

Öåëëþëÿðèçàöèÿ

Ãàñòðóëÿöèÿ

Íà÷àëî ôîðìèðîâàÿíèÿ ïîëîâûõ ïîëîñîê

Îêîí÷àíèå ôîðìèðîâàíèÿ ïîëîâûõ ïîëîñîê

Ôîðìèðîâàíèå ãíàòàëüíûõ (ìàíäèáóëÿðíûõ, ìàêñèëÿðíûõ, ãóáíûõ) è êëèîëàáðàëüíûõ ñåãìåíòîâ Ðèñ.2.20. Ãðàôè÷åñêîå èçîáðàæåíèå ðàçíûõ ñòàäèé ýìáðèîãåíåçà äðîçîôèëû (ñëåâà óêàçàíû ñòàäèè ñ 5-îé ïî 10-óþ è îñíîâíûå ìîðôîëîãè÷åñêèå èçìåíåíèÿ, ñâÿçàííûå ñ íèìè; ñïðàâà ñõåìàòè÷åñêè ïîêàçàíû ýìáðèîíû â ðàçëè÷íûõ ïðîåêöèÿõ íà ýòèõ ñòàäèÿõ) è «âðåìÿ ïîÿâëåíèÿ ìèòîçîâ â ìèòîòè÷åñêèõ äîìåíàõ» (âðåìåííàÿ øêàëà â öåíòðå äàíà â ìèíóòàõ îò íà÷àëà èíòåðôàçû 14-îãî öèêëà äåëåíèÿ). Îò âðåìåííîé øêàëû ïðîâåäåíû ëèíèè (ñ íîìåðîì äîìåíà) ê êîíêðåòíîìó «ìèòîòè÷åñêîìó äîìåíó» íà ïîâåðõíîñòè ýìáðèîíà (ïî Foe,1989)

___________________________________________________________________________________

2-24


à

á á

Ðèñ 2.21. Âèä ýìáðèîíà ñ äîðçàëüíîé (À), âåíòðàëüíîé (Á) ñòîðîí íà 75-îé ìèí. íà÷àëà èíòåðôàçû 14-îãî äåëåíèÿ. Áîëüøèíñòâî êëåòîê äîìåíà 2 íàõîäÿòñÿ íà ñòàäèè òåëîôàçû, êàê è êëåòêè â öåíòðå äîìåíîâ 1 è 3. Êëåòêè äîìåíîâ 4,5,6 âõîäÿò â ìåòàôàçó, à íåáîëüøîå ÷èñëî êëåòîê äîìåíîâ 8 è 9 íàõîäÿòñÿ â ïðîôàçå. Cf - öåôàëè÷åñêàÿ ñêëàäêà, pdf - çàäíÿÿ äîðçàëüíàÿ ñêëàäêà, pc ïîëÿðíûå êëåòêè, àpi - àìíèîïðîêòîäåàëüíàÿ èíâàãèíàöèÿ.

ýêâàòîðèàëüíûõ ïëàñòèíîê îòíîñèòåëüíî ïåðåäíå-çàäíåé îñè ýìáðèîíà. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî àñèíõðîííîñòü äåëåíèÿ êëåòîê áëàñòîäåðìû ñîâïàäàåò âî âðåìåíè ñ öåëëþëÿðèçàöèåé è óòðàòîé êëåòêàìè òîòèïîòåíòíîñòè, Ì.Foe ïîëàãàåò, ÷òî ýòè ÿâëåíèÿ êàêèì-òî îáðàçîì âçàèìîñâÿçàíû. Äàæå ïðè áåãëîì âçãëÿäå, ðàñïîëîæåíèå ìèòîòè÷åñêèõ äîìåíîâ íà ïîâåðõíîñòè áëàñòîäåðìû óäèâèòåëüíûì îáðàçîì ñîâïàäàåò ñ åå ñåãìåíòàöèåé è ðàñïîëîæåíèåì çà÷àòêîâ áóäóùèõ äåôèíèòèâíûõ ñòðóêòóð ëè÷èíêè è èìàãî. Áîëåå òîãî, èìåííî â ýòîò ïåðèîä íàáëþäàåòñÿ

Ðèñ.2.22. Ðàäèàëüíî-ðàñïîëîæåííûå ìèòîçû â äîìåíå 9 íà 75 ìèí. (À) è 85 ìèí (Á) âõîæäåíèÿ â 14-å äåëåíèå. À - êëåòêè â öåíòðå äîìåíà 9 âõîäÿò â ïðîôàçó. Â - áîëüøèíñòâî êëåòîê â àíàôàçå. Àíàôàçíûå êëåòêè îðèåíòèðîâàíû ïîä ïðÿìûì óãëîì ê êëåòêàì ïðèëåæàùèõ äîìåíîâ (ñðàâíè äîìåí 9 â Á ñ äîìåíàìè 5, 6 â À). Êëåòêè äîìåíà 2 óæå ïîäåëèëèñü. Êëåòêè äîìåíà Â íåäåëÿùèåñÿ.

àêòèâàöèÿ ìíîãèõ çèãîòè÷åñêèõ ãåíîâ, ÷òî êîíòðàñòèðóåò ñ ïðåäøåñòâóþùèì ïåðèîäîì, êîãäà èìååò ìåñòî ýêñïðåññèÿ åäèíè÷íûõ çèãîòè÷åñêèõ ãåíîâ. Ñàìî ïî ñåáå ïðåäñòàâëåíèå î ñâÿçè ðåïëèêàöèè è ãåííîé ýêñïðåññèè íå íîâî, òîãäà êàê ïîñòóëèðóåìàÿ ñâÿçü óòðàòû òîòèïîòåíòíîñòè (êîììèòèðîâàíèå) è ðåïëèêàöèè íå èìååò åùå íàäåæíîãî ýêñïåðèìåíòàëüíîãî îáîñíîâàíèÿ, è òðåáóþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå èññëåäîâàíèÿ, ÷òîáû âíåñòè ÿñíîñòü â ðåøåíèå ýòîì èíòåðåñíîì âîïðîñå. Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, íà

___________________________________________________________________________________

2-25

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ëè÷èíî÷íîé ñòàäèè ðàçâèòèÿ èìàãèíàëüíûå äèñêè ïðåäñòàâëåíû íåäèôôåðåíöèðîâàííûìè êëåòêàìè, êîòîðûå ïðåäåòåðìèíèðîâàíû äàòü íà÷àëî òåì èëè èíûì ñòðóêòóðàì âçðîñëîé ìóõè. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ìàëî ÷òî èçâåñòíî î ðàííèõ ýòàïàõ ôîðìèðîâàíèÿ èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ. Íà ñòàäèè ëè÷èíêè I-ãî âîçðàñòà êëåòêè

î÷åíü ñëîæíûì ìîðôîëîãè÷åñêèì ñòðóêòóðàì èìàãî (íîãè, êðûëüÿ, ðàçëè÷íûå ÷àñòè ãîëîâû è ò.ä.), êîòîðûå ñîñòîÿò èç ðàçíîãî òèïà òêàíåé è äèôôåðåíöèðîâàííûõ êëåòîê ïðîèçâîäíûõ 2-õ èëè 3-õ çàðîäûøåâûõ ëèñòêîâ. Îïûòû ïî òðàíñïëàíòàöèè ðàçíûõ ÷àñòåé îäíîãî äèñêà èëè ïî ëîêàëüíîìó ðàçðóøåíèþ åãî êëåòîê (ñ

Ðèñ.2.23. Ìèòîòè÷åñêàÿ ðåêîìáèíàöèÿ â Õ-õðîìîñîìå D. melanogaster. Êîãäà ìèòîòè÷åñêàÿ ðåêîìáèíàöèÿ ïðîèñõîäèò â êëåòêå ãëàçíîãî èìàãèíàëüíîãî äèñêà, íîðìàëüíîå ðàñõîæäåíèå õðîìîñîì â ìèòîçå ïðèâîäèò ê ðàçâèòèþ ãëàçà ñ «ïàðíûìè ïÿòíàìè». Àëëåëè w è wco ïðèíàäëåæàò ëîêóñó white; ãëàçà îñîáè w/wco èìåþò òåìíî-êðàñíûé öâåò. Çàìåòíûå ðàçëè÷èÿ â ôîðìå è ðàçìåðå ïÿòåí â çàäíåé è ïåðåäíåé ÷àñòÿõ ãëàçà ñâèäåòåëüñòâóþò î âëèÿíèè ïîëîæåíèÿ êëåòîê íà èõ ïðîëèôåðàöèþ â ïðîöåññå ðàçâèòèÿ.

èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ èìåþò ñõîäíóþ ìîðôîëîãèþ, è äàæå ïðèìåíåíèå ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè íå ïîçâîëÿåò âûÿâèòü êàêèõ-ëèáî ìîðôîëîãè÷åñêèõ ïðèçíàêîâ, ïîçâîëèâøèõ áû äèñêðèìèíèðîâàòü ðàçíûå ÷àñòè èëè èíäèâèäóàëüíûå êëåòêè èíäèâèäóàëüíîãî äèñêà. Íåñìîòðÿ íà âíåøíåå ñõîäñòâî êëåòîê èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ, ïóòè èõ äèôôåðåíöèðîâêè ñóùåñòâåííî ðàçëè÷àþòñÿ. Â êàêîé-òî ìåðå ýòî ìîæíî áûëî îæèäàòü, ïîñêîëüêó èíäèâèäóàëüíûå äèñêè äàþò íà÷àëî

ïîìîùüþ òîíêîãî ïó÷êà óëüòðàôèîëåòîâîãî ñâåòà) ïîêàçàëè, ÷òî â ïåðâîì ñëó÷àå çà÷àñòóþ èç ðàçíûõ ôðàãìåíòîâ îäíîãî äèñêà ðàçâèâàþòñÿ ðàçíûå ñòðóêòóðû èìàãî è, ñëåäîâàòåëüíî, ðàçíûå ÷àñòè îäíîãî äèñêà èìåþò ðàçíûå ïîòåíöèè ðàçâèòèÿ. Âî âòîðîì ñëó÷àå ëîêàëüíîå ðàçðóøåíèå êëåòîê â îäíîì äèñêå ïðèâîäèëî ê òîìó, ÷òî ó èìàãî íå ðàçâèâàëàñü òà èëè èíàÿ ÷àñòü îðãàíà. Ñõîäíûå ðåçóëüòàòû áûëè ïîëó÷åíû ïðè àíàëèçå ðàçâèòèÿ ìîçàè÷íûõ ýìáðèîíîâ, ó êîòîðûõ áûëà

___________________________________________________________________________________

2-26

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ èíäóöèðîâàíà ñîìàòè÷åñêàÿ ðåêîìáèíàöèÿ ñ ïîìîùüþ ðåíòãåíîâñêîãî îáëó÷åíèÿ. Íà ðèñ.2.23 ïîêàçàíà ñõåìà ýêñïåðèìåíòà ïî ïîëó÷åíèÿ õèìåðíûõ ìóõ ïîñðåäñòâîì èíäóêöèè ñîìàòè÷åñêîé ðåêîìáèíàöèè â Õ-õðîìîñîìå â ãëàçíîì èìàãèíàëüíîì äèñêå. Ýìáðèîíû ãåòåðîçèãîòíûå, íàïðèìåð, ïî ìóòàöèÿì white (áåëûå ãëàçà) è whiteco (êîáàëüòîâûå ãëàçà) áûëè ïîäâåðãíóòû ðåíòãåíîâñêîìó îáëó÷åíèþ íà ëè÷èíî÷íîé ñòàäèè. Â ðåçóëüòàòå ñîìàòè÷åñêîé ðåêîìáèíàöèè (ïðîèñõîäèò â G2 ) âîçíèêàþò 2 êëîíà êëåòîê ãîìîçèãîòíûå ïî ãåíó w è wco, è êàê ñëåäñòâèå ó âçðîñëîé ìóõè âîçíèêàþò ïàðíûå ïÿòíà áåëûå è êîáàëüòîâûå íà òåìíî-êðàñíîì ôîíå îêðàñêè ãëàçà. Ðàçìåðû ïÿòåí çàâèñÿò îò ñòàäèè ðàçâèòèÿ, íà êîòîðîé ïðîèçîøëà ðåêîìáèíàöèÿ; ÷åì ðàíüøå ïðîèçîøëî ýòî ñîáûòèå, òåì áîëüøå áóäóò ðàçìåðû ïÿòåí (êëîíîâ). Ïîñêîëüêó ñîìàòè÷åñêàÿ ðåêîìáèíàöèÿ - ñîáûòèå ðåäêîå, òî ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî íàáëþäàåìûå ïàðíûå ïÿòíà ïðîèñõîäÿò èç åäèíñòâåííîé ïðåçóìïòèâíîé êëåòêè. Àíàëèç ðàñïðåäåëåíèÿ ïàðíûõ ïÿòåí ïîçâîëèë ñäåëàòü âûâîä, ÷òî ãëàçîàíòåííûé äèñê ïðåäñòàâëåí ñìåñüþ êëåòîê, êîòîðûå ïðåäåðìèíèðîâàíû ê äèôôåðåíöèðîâêå â ðàçëè÷íûå òèïû êëåòîê è òêàíåé, â ÷àñòíîñòè, ãëàçà è àíòåííû ðàçâèâàþòñÿ èç ðàçíûõ êëåòîê ýòîãî äèñêà. Ñóùåñòâóåò è äðóãîé ýêñïåðèìåíòàëüíûé ïîäõîä, ïîçâîëÿþùèé âûÿâèòü ãåòåðîãåííîñòü êëåòîê êàê âíóòðè èíäèâèäóàëüíîãî äèñêà, òàê è ìåæäó êëåòêàìè,

ïðèíàäëåæàùèìè ê ðàçíûì äèñêàì. Ìåòîä çàêëþ÷àåòñÿ â ñìåøèâàíèè â ñóñïåíçèè, íàïðèìåð, êëåòîê ðàçíûõ èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ, ïðåäâàðèòåëüíî ìå÷åíûõ ôëþîðåñöåíòíûìè êðàñèòåëÿìè. Ýòè ýêñïåðèìåíòû ïîêàçàëè, ÷òî êëåòêè, ïðèíàäëåæàùèå ê îäíîìó äèñêó ëåãêî ðàñïîçíàþò äðóã äðóãà è îáðàçóþò àññîöèàöèè (àããðåãàòû), íå ñìåøèâàÿñü ñ êëåòêàìè äðóãîãî äèñêà. Ñõîäíûå ðåçóëüòàòû áûëè ïîëó÷åíû â îïûòàõ ïî ìèêðîèíúåêöèÿì êðàñèòåëåé â êëåòêè âíåøíåãî ñëîÿ äèñêà. Â ýòîì ñëó÷àå êðàñèòåëü ðàñïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî ñðåäè êëåòîê ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ äèñêà è íå ïðîíèêàåò â êëåòêè, ðàñïîëîæåííûå âíóòðè äèñêà. Ðåçóëüòàòû ýòèõ îïûòîâ ïîêàçûâàþò, ÷òî ìåæäó êëåòêàìè èíäèâèäóàëüíîãî äèñêà ñóùåñòâóþò òåñíûå êîíòàêòû. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ìíîãèå ïîëàãàþò, ÷òî ñïåöèàëèçàöèÿ êëåòîê âíóòðè èíäèâèäóàëüíîãî äèñêà ïðîèñõîäèò ïî òèïó ïðîãðåññèðóþùåé êîìïàðòìåíòàëèçàöèè, ôîðìèðîâàíèÿ ïîëèêëîíîâ. Íà ðèñ.2.24 ñõåìàòè÷åñêè ïîêàçàíà êîìïàðòìåíòàëèçàöèÿ ðàçíûõ ÷àñòåé ïðåçóìïòèâíîãî çà÷àòêà 2-ãî òîðàêàëüíîãî ñåãìåíòà, èç êîòîðîãî ðàçîâüþòñÿ âòîðàÿ ïàðà íîã, êðûëüÿ è ñòðóêòóðû ñðåäíåãðóäè. Ñîãëàñíî ýòîé ñõåìå, ïåðâîíà÷àëüíî îäíîðîäíàÿ ãðóïïà êëåòîê ïîäðàçäåëÿåòñÿ íà äâå ãðóïïû âäîëü ïåðåäíå-çàäíåé îñè ïîëèêëîíû À è Ð. Çàòåì ïðîèñõîäèò ñåãðåãàöèÿ ïîëèêëîíîâ, êîòîðûå äàäóò íà÷àëî ðàçâèòèþ íîã è êðûëüåâ. Äàëåå, â êàæäîì èç äèñêîâ ïðîèñõîäèò êîìïàðòìåíòàëèçàöèÿ è âûäåëåíèå ïîëèêëîíîâ âäîëü äîðçàëüíîâåíòðàëüíîé îñè è, íàêîíåö, êëåòêè

___________________________________________________________________________________

2-27

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Ðàçäåëåíèå íà ïåðåäíèå è çàäíèå ïîëèêëîíû

Ðàçäåëåíèå íà äîðçàëüíûå è âåíòðàëüíûå ïîëèêëîíû

Ðàçäåëåíèå íà ãðóäíûå è êðûëîâûå ïîëèêëîíû

Ðàçäåëåíèå íà êðûëîâûå è íîæíûå ïîëèêëîíû Êðûëîâîé äèñê

Íîæíîé äèñê

Ðàçäåëåíèå ïåðåäíå-íîæíîãî êîìïàðòìåíòà íà äîðçàëüíûå è âåíòðàëüíûå ïîëèêëîíû

Ðèñ.2.24. Ñïîñîá êîìïàðòìåíòàëèçàöèè ñòðóêòóð ñðåäíåãðóäè ó D. melanogaster (äàííûå Morata è Laurence, 1977). À - ïåðåäíÿÿ ÷àñòü; Ð - çàäíÿÿ ÷àñòü; D - äîðçàëüíàÿ ñòîðîíà; Vâåíòðàëüíàÿ ñòîðîíà; Ò - ãðóäü; W - êðûëîâàÿ ïëàñòèíêà.

âíåøíåãî è âíóòðåíåãî ñëîåâ â êðûëîâîì äèñêå ñòàíîâÿòñÿ ðàçëè÷íûì îáðàçîì ïðåäåòåðìèíèðîâàííûìè, â ðåçóëüòàòå ÷åãî îíè äàþò íà÷àëî ðàçâèòèþ ðàçëè÷íûõ ÷àñòåé ñðåäíåãðóäè: õèòèíîâîé ñòðóêòóðû ñàìîé ñðåäíåãðóäè, êðûëüåâ è áîëåå ìåëêèõ ñòðóêòóð òàêèõ êàê ùåòèíêè èëè âîðñèíêè. Â õîäå êîìïàðòìåíòàëèçàöèè ïîòåíöèè èíäèâèäóàëüíûõ êîìïàðòìåíòîâ (ïîëèêëîíîâ) ñíèæàþòñÿ, ïðîèñõîäèò ïðîãðåññèâíîå îãðàíè÷åíèå èõ âîçìîæíîñòåé äàâàòü ðàçâèòèå ñòðóêòóðû êàê öåëîãî (ñðåäíåãðóäè, íîã è êðûëüåâ). Èíûìè ñëîâàìè, â îäíîðîäíîé ïåðâîíà÷àëüíî ãðóïïå ê ë å ò î ê - ï ð åä ø å ñ ò â å í í è êî â (ïðåçóìïòèâíûõ êëåòîê) ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå ðàçíûõ êëîíîâ êëåòîê, ïðåäåòåðìèíèðîâàííûõ ê ðàçâèòèþ

êàêîé-òî ÷àñòíîé ñòðóêòóðû, è ïðîèñõîäèò ýòî ïîýòàïíî ïóòåì óâåëè÷åíèÿ ÷èñëà ýòèõ êîìïàðòìåíòîâ (ïîëèêëîíîâ). Â ñâÿçè ñ ÿâëåíèåì ðàííåé äåòåðìèíàöèè ïðåçóìïòèâíûõ êëåòîê áëàñòîäåðìû è â ïîñëåäóþùåì êëåòîê èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ, âîçíèêàåò âîïðîñ: íàñêîëüêî ñòàáèëüíà äåòåðìèíàöèÿ â õîäå ïðîëèôåðàöèè êëåòîê-ïðåäøåñòâåííèêîâ? Ñïîñîáíà ëè çàïðîãðàììèðîâàííàÿ êëåòêà, ïðèñóùåå åé óíèêàëüíîå ñîñòîÿíèå äåòåðìèíàöèè, ïåðåäàòü â äî÷åðíèå êëåòêè? Âûøå áûë îïèñàí ïðèåì êóëüòèâèðîâàíèÿ êëåòîê â áðþøêå âçðîñëîé ñàìêè. Òàêîé ñïîñîá êóëüòèâèðîâàíèÿ in vivo (â áðþøêå èìàãî) îáåñïå÷èâàåò óñëîâèÿ äëÿ ïðîëèôåðàöèè êëåòîê, íî ïðè ýòîì äèôôåðåíöèðîâêà íå ïðîèñõîäèò.

___________________________________________________________________________________

2-28

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Äèôôåðåíöèðîâêà òàêèõ êëåòîê ëåãêî èíäóöèðóåòñÿ ïåðåíîñîì êëåòîê â ìåòàìîðôèçèðóþùóþ ëè÷èíêó. Îïûòû ïî äëèòåëüíîìó êóëüòèâèðîâàíèþ êëåòîê ãåíèòàëüíîãî äèñêà â áðþøêå èìàãî ïîêàçàëè, ÷òî íåñìîòðÿ íà ìíîãîëåòíåå èõ êóëüòèâèðîâàíèå (áîëåå 70 ïàññàæåé), êàê òîëüêî òàêèå êëåòêè áûëè òðàíñïëàíòèðîâàíû ëè÷èíêàì âõîäÿùèì â ìåòàìîðôîç, íàáëþäàëàñü äèôôåðåíöèðîâêà êëåòîê â òî÷íîì ñîîòâåòñòâèè ñ èõ ïðîãðàììîé, äåòåðìèíàöèåé, äàâàòü íà÷àëî ðàçâèòèþ àíàëüíîé ïëàñòèíêè, ïîëîâûì ïðèäàòêàì, ñåìåèçâåðãàòåëüíîìó êàíàëó èëè ïîëîâûì æåëåçàì. Òåì íå ìåíåå, èíîãäà íàñëåäîâàíèå òàêîé äåòåðìèíàöèè óòðà÷èâàåòñÿ â õîäå êóëüòèâèðîâàíèÿ. Íàïðèìåð, ÷àñòü êëåòîê çà÷àòêà àíàëüíîé ïëàñòèíêè ìîæåò äàòü íà÷àëî ðàçâèòèþ íîãè, àíòåííå èëè ãëàçó. Èíûìè ñëîâàìè, ïðåçóìïòèâíûå êëåòêè ãåíèòàëüíîãî äèñêà äèôôåðåíöèðóþòñÿ â ñòðóêòóðû, êîòîðûå â íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ ðàçâèâàþòñÿ èç äðóãèõ èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ. Òàêîå ÿâëåíèå ïîëó÷èëî íàçâàíèå òðàíñäåòåðìèíàöèè. Ïî ñâîåé ñóòè, òðàíñäåòåðìèíàöèÿ îçíà÷àåò ñìåíó ïðîãðàììû ðàçâèòèÿ, ñìåíó äåòåðìèíàöèè. Âàæíî ïðè ýòîì îòìåòèòü, ÷òî ýòî íå õàîòè÷åñêîå ñëó÷àéíîå îòêëîíåíèå îò ïåðâîíà÷àëüíîé äåòåðìèíàöèè, à ñâîåãî ðîäà ïåðåêëþ÷åíèå íà äðóãóþ, àëüòåðíàòèâíóþ ïðîãðàììó ðàçâèòèÿ, ñâîéñòâåííóþ â íîðìå äðóãîé ãðóïïå ïðåçóìïòèâíûõ êëåòîê. Åäèíñòâåííîå óñëîâèå äëÿ íîâîãî ðàóíäà òðàíñäåòåðìèíàöèè - íåîáõîäèìîñòü ïåðìàíåíòíîé ïðîëèôåðàöèè

êëåòîê. Åñòåñòâåííî, âñòàåò âîïðîñ, âîçíèêàþò ëè òðàíñäåòåðìèíèðîâàííûå êëåòêè â ñàìîì òåñòèðóåìîì ïåðåñàæåííîì èìàãèíàëüíîì äèñêå, èëè æå ýòî êëåòêè, êîòîðûå ìèãðèðóþò â íåãî èç ðåöèïèåíòíîãî îðãàíèçìà? Äëÿ òîãî, ÷òîáû äèñêðèìèíèðîâàòü êëåòêè ñîáñòâåííî èìàãèíàëüíîãî äèñêà îò êëåòîê ðåöèïèåíòà, äîñòàòî÷íî èñïîëüçîâàòü ãåíåòè÷åñêèå ìàðêåðû. Íàïðèìåð, èìàãèíàëüíûé äèñê âçÿò îò ëè÷èíêè, èìåþùé ãåíîòèï ebony, à ðåöèïèåíò íåñåò äðóãóþ ìóòàöèþ yellow. Â ýòîì ñëó÷àå, âñå êëåòêè äèñêîâ ðåöèïèåíòà äèôôåðåíöèðóþòñÿ â æåëòûå õèòèíîâûå ñòðóêòóðû, òîãäà êàê êëåòêè òåñòèðóåìîãî äèñêà ôîðìèðóþò ÷åðíûå ñòðóêòóðû è, òàêèì îáðàçîì, íå ïðåäñòàâëÿåò áîëüøîãî òðóäà èäåíòèôèöèðîâàòü äåðèâàòû èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ ðåöèïèåíòà è òåñòèðóåìîãî èìàãèíàëüíîãî äèñêà. Ñëîæíåå èñêëþ÷èòü âîçìîæíîñòü ïðèìåñè êëåòîê äðóãèõ èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ ïðè òðàíñïëàíòàöèè êëåòîê òåñòèðóåìîãî äèñêà. Òåì íå ìåíåå èñïîëüçîâàíèå ìàðêèðîâàíèÿ êëåòîê ñ ïîìîùüþ ñîìàòè÷åñêîãî êðîññèíãîâåðà ïîçâîëÿåò íàäåæíî äèñêðèìèíèðîâàòü êîíòàìèíàöèþ êëåòêàìè äðóãèõ äèñêîâ îò òðàíñäåòåðìèíàöèè, ïðîèçøåäøåé â êëåòêàõ òåñòèðóåìîãî äèñêà. Â êà÷åñòâå ïðèìåðà ìîæíî ðàçîáðàòü ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ ñ êóëüòèâèðîâàíèåì ãëàçî-àíòåííîãî äèñêà. Äîíîðàìè òåñòèðóåìîãî èìàãèíàëüíîãî äèñêà áûëè äâîéíûå ãåòåðîçèãîòû ïî ãåíàì singed è yellow. Ëè÷èíêè áûëè ïîäâåðãíóòû ðåíòãåíîâñêîìó îáëó÷åíèþ, êîòîðîå èíäóöèðîâàëî ñîìàòè÷åñêèé

___________________________________________________________________________________

2-29

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Àíòåííûé

Ãåíèòàëüíûé

Ãëàçíîé

Êðûëîâèäíûé

Ñðåäíåãðóäíîé

Íîæíîé Ëàáèàëüíûé

Ãàëòåðíûé

Ðèñ.2.25. Ïóòè òðàíñäåòåðìèíàöèè ó äðîçîôèëû. Äëèíà ñòðåëîê ïðîïîðöèîíàëüíà ÷àñòîòå òðàíñäåòåðìèíàöèè. Ñòðåëêè, èçîáðàæåííûå òî÷êàìè, óêàçûâàþò ëèáî íà èñêëþ÷èòåëüíóþ ðåäêîñòü òàêîãî ñîáûòèÿ, ëèáî íåäîñòàòî÷íóþ äîêàçàííîñòü. Öèôðû â êðóæî÷êàõ ïîêàçûâàþò ìèíèìóì øàãîâ (ýòàïîâ), íåîáõîäèìûõ, ÷òîáû äàííûé èììàãèíàëüíûé äèñê ðàçâèëñÿ ïî òèïó ñðåäíåãðóäíîãî (ïî Hadorn, 1978).

êðîññèíãîâåð, â ðåçóëüòàòå ÷åãî âîçíèêëè êëåòêè äâîéíûå ãîìîçèãîòû ïî ìóòàíòíûì ãåíàì è äâîéíûå ãîìîçèãîòû ïî àëëåëëÿì äèêîãî òèïà. Ïîòîìêè òàêèõ êëåòîê ïîñëå äèôôåðåíöèðîâêè áûëè ëåãêî óçíàâàåìû ïî öâåòó è ôîðìå ùåòèíîê. Ñîìàòè÷åñêèé êðîññèíãîâåð - ÿâëåíèå ðåäêîå, ñðàâíèìîå ñ ÷àñòîòîé ìóòàöèè. Èç ìå÷åííûõ òàêèì îáðàçîì êëåòîê ãëàçî-àíòåííîãî äèñêà ïðè òðàíñïëàíòàöèè in vivo ðàçâèâàëèñü êàê íîðìàëüíûå, òàê è òðàíñäåòåðìèíèðîâàííûå ñòðóêòóðû (íîãè, ùóïèêè è ò.ä.). Ýòî èñêëþ÷àåò âîçìîæíîñòü ïðèìåñè êëåòîê èç äðóãèõ èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ. Èçìåíåíèå ïðîãðàììû ðàçâèòèÿ, òðàíñäåòåðìèíàöèÿ, â ñâîþ î÷åðåäü äîñòàòî÷íî ñòàáèëüíî ïåðåäàåòñÿ â êëåòî÷íûõ ïîêîëåíèÿõ äî ñëåäóþùåãî àêòà òðàíñäåòåðìèíàöèè. Òàêèì îáðàçîì, íà âîïðîñ «êàêîâà ñòàáèëüíîñòü ñîñòîÿíèÿ

äåòåðìèíàöèè?» ìîæíî îòâåòèòü, ÷òî ýòî ñîñòîÿíèå èñêëþ÷èòåëüíî ñòàáèëüíî, íî íå àáñîëþòíî. Ñ ÷àñòîòîé íå íàìíîãî âûøå ÷åì ìóòàöèîííàÿ, âîçìîæíà ñìåíà äåòåðìèíàöèè íà îäèí èç àëüòåðíàòèâíûõ ïóòåé äèôôåðåíöèðîâêè. Ìíîãî÷èñëåííûå ýêñïåðèìåíòû ïî òðàíñäåòåðìèíàöèè âûÿâèëè òàêæå èíòåðåñíûé ôåíîìåí, êîòîðûé ìîæíî îïðåäåëèòü êàê êàíàëèçèðîâàííîñòü ïðîöåññà òðàíñäåòåðìèíàöèè. Íà ðèñ.2.25 ñõåìàòè÷åñêè ïîêàçàíû ïóòè òðàíñäåòåðìèíàöèè, òî åñòü èçìåíåíèÿ ïðîãðàììû ðàçâèòèÿ èìàãèíàëüíûõ äèñêîâ. Èç ðèñ.2.25 ñëåäóåò, ÷òî, íàïðèìåð, ãåíèòàëüíûé äèñê ìîæåò ðàçâèâàòüñÿ ïî òèïó ãëàçîàíòåííîãî èëè íîæíîãî, íî â òî æå âðåìÿ îáà ïîñëåäíèõ äèñêà íèêîãäà íå òðàíñäåòåðìèðóþò â ãåíèòàëüíûé. Èíàÿ ñèòóàöèÿ ñêëàäûâàåòñÿ ïðè òðàíñäåòåðìèíàöèè êðûëîâîãî äèñêà.

___________________________________________________________________________________

2-30

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Èç ðèñ.2.25 âèäíî, ÷òî åãî êëåòêè ñïîñîáíû èíîãäà ðàçâèâàòüñÿ â ñðåäíåãðóäü, òîãäà êàê îáðàòíûé ïðîöåññ ïðîèñõîäèò çíà÷èòåëüíî ðåæå. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, êëåòêè íîæíîãî è ãàëòåðíîãî äèñêîâ ñïîñîáíû ê òðàíñäåòåðìèíàöèè ïî ïóòè êðûëîâîãî äèñêà, òîãäà êàê êðûëîâîé äèñê ðåäêî ðàçâèâàåòñÿ ïî òèïó íîæíîãî è íèêîãäà - ïî òèïó ãàëòåðíîãî. Ñîãëàñíî ðèñ.2.25, íåîáõîäèìî íåñêîëüêî àêòîâ òðàíñäåòåðìèíàöèè, ÷òîáû ãåíèòàëüíûé äèñê ïðèîáðåë ñïîñîáíîñòü ðàçâèâàòüñÿ ïî òèïó ñðåäíåãðóäíîãî. Òàêîé ïóòü âêëþ÷àåò 3 àêòà òðàíñäåòåðìèíàöèè, ïðè÷åì â îïðåäåëåííîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè: ïåðâûé àêò òðàíñäåòåðìèíàöèè ïî ïóòè àíòåííîãî, çàòåì êðûëîâîãî è, íàêîíåö, ñðåäíåãðóäíîãî äèñêà. Èíûìè ñëîâàìè, èìåííî êàíàëèçàöèÿ òðàíñäåòåðìèíàöèè â ýòîì ñëó÷àå èñêëþ÷àåò ïðÿìóþ òðàíñäåòåðìèíàöèþ ãåíèòàëüíîãî äèñêà â ñðåäíåãðóäíîé.

àíàëèç ìóòàöèé. Èçó÷åíèå 450 ëåòàëüíûõ ìóòàöèé, ñöåïëåííûõ ñ ïîëîì, ïîêàçàëî, ÷òî îñòàíîâêà ðàçâèòèÿ íàáëþäàëàñü â 22% ñëó÷àåâ íà ýìáðèîíàëüíîé ñòàäèè, â 52% - íà ëè÷èíî÷íîé ñòàäèè è â 26% - íà ñòàäèè êóêîëêè. Äðóãàÿ âàæíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ýòèõ èçó÷åííûõ ìóòàöèé ñâÿçàíà ñ îñîáåííîñòÿìè èõ íàñëåäîâàíèÿ; áîëåå äâóõ òðåòåé ìóòàöèé ïðîÿâëÿëè ìàòåðèíñêèé ýôôåêò. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà âûÿâëåíèÿ ìàòåðèíñêîãî ýôôåêòà ëþáîé ìóòàöèè ñâÿçàíà ñ 2-ìÿ òèïàìè ñêðåùèâàíèé (ðèñ.2.26). Ôåíîòèïè÷åñêîå ïðîÿâëåíèå ìóòàöèé ìàòåðèíñêèõ ãåíîâ âûðàæàåòñÿ â æåíñêîé ñòåðèëüíîñòè (female sterile), òî åñòü îíè íå èìåþò êàêîãîëèáî ýôôåêòà íà ìàòü, íî íåîáõîäèìû äëÿ ðàçâèòèÿ ïîòîìêîâ, ýìáðèîíîâ. Ñàìêè, íåñóùèå òàêèå ìóòàöèè, íîðìàëüíî îòêëàäûâàþò ÿéöà, íî ýìáðèîíû ïîãèáàþò íà ðàííèõ ñòàäèÿõ ðàçâèòèÿ. Îáùèì ñâîéñòâîì âñåõ ìàòåðèíñêèõ ãåíîâ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îíè ýêñïðåññèðóþòñÿ ïåðåä 2.2. ÃÅÍÍÛÉ ÊÎÍÒÐÎËÜ îïëîäîòâîðåíèåì, õîòÿ èõ ïðîäóêòû ÐÀÇÂÈÒÈß ÄÐÎÇÎÔÈËÛ. ìîãóò äåéñòâîâàòü êàê â õîäå îâîãåíåçà, òàê è ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ, áëàãîäàðÿ Îäíèì èç ïîäõîäîâ ê ïîèñêó è òîìó, ÷òî îíè ìîãóò ñîõðàíÿòñÿ èäåíòèôèêàöèè ãåíîâ, äëèòåëüíîå âðåìÿ â öèòîïëàçìå è òåì êîíòðîëèðóþùèõ ðàçâèòèå, ÿâëÿåòñÿ ñàìûì îêàçûâàòü ñâîå äåéñòâèå ìíîãî

Ðèñ.2.26. Ïåðåäà÷à ëåòàëüíîé ìóòàöèè, íàñëåäóåìîé ïî ìàòåðèíñêîìó òèïó. Ãîìîçèãîòíîñòü ïî ãåíó mat (mat/mat) ñàìà ïî ñåáå íå ëåòàëüíà, åñëè ìàòåðèíñêàÿ îñîáü áûëà ãåòåðîçèãîòíà ïî ýòîìó ãåíó (mat/+). Åñëè æå ìàòåðèíñêàÿ îñîáü áûëà ãîìîçèãîòíà (mat/mat), òî âñå ïîòîìêè ãèáíóò íåçàâèñèìî îò èõ ãåíîòèïà. ___________________________________________________________________________________

2-31

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ïîçäíåå. Ñîãëàñíî Lewin (1994), ãåíû ñ ìàòåðèíñêèì ýôôåêòîì äåëÿòñÿ íà 2 êëàññà â çàâèñèìîñòè îò ìåñòà èõ ýêñïðåññèè: ãåíû, êîòîðûå ýêñïðåññèðóþòñÿ â ñîìàòè÷åñêèõ êëåòêàõ ìàòåðè, íî èìåþò ýôôåêò íà ðàçâèòèå ÿéöà, íàçûâàþòñÿ ìàòåðèíñêèìè ñîìàòè÷åñêèìè ãåíàìè (maternal somatic genes), òîãäà êàê ãåíû, êîòîðûå ýêñïðåññèðóþòñÿ â êëåòêàõ çàðîäûøåâîãî ïóòè, íàçûâàþòñÿ ìàòåðèíñêèìè ãåíàìè çàðîäûøåâîãî ïóòè (maternal germline genes). Ïåðâàÿ ãðóïïà ãåíîâ ýêñïðåññèðóåòñÿ â ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòêàõ (òèïè÷íûå ñîìàòè÷åñêèå êëåòêè) è ïðèíèìàåò ó÷àñòèå â ôîðìèðîâàíèè äîðçàëüíîâåíòðàëüíîé îñè ýìáðèîíà (ñì.íèæå). Âòîðàÿ ãðóïïà ãåíîâ àêòèâíà â ñîçðåâàþùåì îîöèòå èëè ïèòàþùèõ êëåòêàõ (êëåòêè èìåþùèå îáùåå ïðîèñõîæäåíèå èç ïðåçóìïòèâíîãî çà÷àòêà ïîëîâûõ êëåòîê, ñì.âûøå) è îòâåòñòâåííà, â ÷àñòíîñòè, çà ôîðìèðîâàíèå ïåðåäíå-çàäíåé îñè ýìáðèîíà. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ âñå ãåíû, êîíòðîëèðóþùèå ðàçâèòèå äðîçîôèëû, ïðèíÿòî äåëèòü íà 3 ãðóïïû ïî èõ ôåíîòèïè÷åñêîìó ýôôåêòó íà ðàçâèòèå: 1. ãåíû ìàòåðèíñêîãî ýôôåêòà èëè ìàòåðèíñêèå ãåíû, ãëàâíàÿ ôóíêöèÿ êîòîðûõ êîíòðîëü ôîðìèðîâàíèÿ ïîëÿðíîñòè ÿéöà (ïîçèöèîííîé èíôîðìàöèè) è ñòàíîâëåíèå åãî ïðîñòðàíñòâåííûõ êîîðäèíàò; 2. ãåíû ñåãìåíòàöèè, êîòîðûå îïðåäåëÿþò ÷èñëî è ïîëÿðíîñòü ñåãìåíòîâ ýìáðèîíà ïóòåì ïðî÷èòûâàíèÿ ïîçèöèîííîé èíôîðìàöèè è ïåðåâîäà åå â ñïåöèôè÷åñêèé ïàòòåðí ñåãìåíòàöèè;

3. ãîìåîçèñíûå ãåíû, êîòîðûå îïðåäåëÿþò ñóùíîñòü ñåãìåíòîâ, õàðàêòåð è íàïðàâëåíèå èõ äèôôåðåíöèðîâêè. 2.2.1. Õàðàêòåðèñòèêà ìàòåðèíñêèõ ãåíîâ. Ïåðâàÿ ïðîñòðàíñòâåííàÿ êîîðäèíàòà ÿéöà, ïåðåäíå-çàäíÿÿ îñü, ôîðìèðóåòñÿ â ïðîöåññå îâîãåíåçà ïóòåì ïîëÿðèçàöèè öèòîïëàçìû. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî îêîëî 30 ãåíîâ ïðèíèìàþò ó÷àñòèå â åå ñòàíîâëåíèè. Ñëåäóåò èìåòü ââèäó, ÷òî èíäèâèäóàëüíûé âêëàä ýòèõ ãåíîâ ýòîò ïðîöåññå ðàçëè÷åí, è ïîòîìó íèæå áóäóò ðàññìîòðåíû ýôôåêòû íàèáîëåå âàæíûõ ãåíîâ, îòâåòñòâåííûõ çà ñòàíîâëåíèå ýòîé ïîçèöèîííîé èíôîðìàöèè. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ óñòàíîâëåíî, ÷òî ãåí bicoid (bcd) èãðàåò ðåøàþùóþ ðîëü â ôîðìèðîâàíèè ïåðåäíåãî ïîëþñà ÿéöà è, òåì ñàìûì, ïåðåäíå-çàäíåé îñè, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, îïðåäåëÿåò ðàçâèòèå ïåðåäíèõ ñòðóêòóð ëè÷èíêè è èìàãî - ãîëîâû è ãðóäè. Ìóòàöèè ãåíà bicoid èìåþò ëåòàëüíûé ýôôåêò, îñòàíîâêà ðàçâèòèÿ ïðîèñõîäèò íà ñòàäèè ëè÷èíêè. Ìîðôîëîãè÷åñêè ìóòàíòíûå ëè÷èíêè âûãëÿäÿò êàê ñèììåòðè÷íîå îáðàçîâàíèå, ó êîòîðîãî ïåðåäíÿÿ è çàäíÿÿ ÷àñòè ïðåäñòàâëåíû òîëüêî àáäîìèíàëüíûìè ñåãìåíòàìè ñ 5-ãî ïî 8-é, ðàñïîëîæåííûìè êàê çåðêàëüíîå îòîáðàæåíèå. Ìóòàíòíûå ëè÷èíêè ëèøåíû ãîëîâû è ãðóäè, à âñå îðãàíû, ðàçâèâàþùèåñÿ èç çàäíèõ àáäîìèíàëüíûõ ñåãìåíòîâ, äóáëèöèðîâàíû. Âèäèìûå îòêëîíåíèÿ îò íîðìàëüíîãî ðàçâèòèÿ ó ìóòàíòíûõ

___________________________________________________________________________________

2-32

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ìóòàíòîâ ïî ãåíó bicoid. Ýòè äàííûå ïîêàçûâàþò, ÷òî ñóùåñòâóåò ãðàäèåíò ýòîãî ìîðôîãåíà â öèòîïëàçìå ÿéöà ñ íàèâûñøåé åãî êîíöåíòðàöèåé â ïåðåäíåì ïîëþñå. Ïîä òåðìèíîì ìîðôîãåí ïîíèìàåòñÿ òàêàÿ Äîíîð. Ýìáðèîí äèêîãî òèïà ñóáñòàíöèÿ, ëîêàëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ êîòîðîé îïðåäåëÿåò ñóäüáó èëè íàïðàâëåíèå ðàçâèòèÿ ðàñïîëîæåííûõ ðÿäîì ñ íèì ðàéîíîâ. Ãåí bicoid ýêñïðåññèðóåòñÿ â õîäå Èçâëå÷åíèå ìàòåðèàëà îâîãåíåçà â ïèòàþùèõ êëåòêàõ è çàòåì äîíîðà è ìèêðîèíúåêöèÿ åãî ïåðâè÷íûå òðàíñêðèïòû ïîñòóïàþò ðåöåïèåíòó â ïåðåäíèé ïîëþñ ÿéöà, â çîíó êîíòàêòà ïèòàþùèõ êëåòîê è ñîçðåâàþùåãî îîöèòà. Òàêîé êîíòàêò ïèòàþùèõ êëåòîê ñ ïåðåäíèì ïîëþñîì ÿéöà ïðåäîïðåäåëÿåò íàïðàâëåíèå òðàíñïîðòà ïåðâè÷íûõ òðàíñêðèïòîâ Ðåöåïèåíò. ãåíà bcd íåïîñðåäñòâåííî â ïåðåäíèé Ìóòàíòíûé ýìáðèîí Ðèñ.2.27. Êîððåêöèÿ ìóòàíòíîãî ôåíîòèïà ïîëþñ. Â ïîëüçó òàêîãî ïðåäïîëîæåíèÿ ìîæåò áûòü îñóùåñòâëåíà ñ ïîìîùüþ ãîâîðèò òîò ôàêò, ÷òî ìóòàíòíûå ÿéöà èíúåêöèè öèòîïëàçìû, âçÿòîé îò ýìáðèîíîâ ïî ãåíó dicephalic èìåþò äâà äèêîãî òèïà. ìèêðîïèëÿ, îäèí â ïåðåäíåì êîíöå, à ýìáðèîíîâ íà÷èíàþòñÿ ñî ñòàäèè äðóãîé â çàäíåì, òî åñòü íàáëþäàåòñÿ ãàñòðóëÿöèè, êîãäà íàáëþäàåòñÿ äóïëèêàöèÿ ïåðåäíèõ ñòðóêòóð. Ïðè âïÿ÷èâàíèå ïåðâè÷íîé êèøêè íå ìóòàöèè dicephalic ïèòàþùèå êëåòêè òîëüêî â çàäíåé ÷àñòè ýìáðèîíà, íî è â ðàçäåëÿþòñÿ íà äâå ãðóïïû è ïåðåäíåé. Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî ðàñïîëîãàþòñÿ ó îáîèõ ïîëþñîâ âîçìîæíà êîððåêöèÿ ìóòàíòíîãî ñîçðåâàþùåãî îîöèòà, òåì ñàìûì ôåíîòèïà ñ ïîìîùüþ ìèêðîèíúåêöèé ñîçäàþòñÿ óñëîâèÿ äëÿ òðàíñïîðòà öèòîïëàçìû, âçÿòîé èç ïåðåäíåãî òðàíñêðèïòîâ ãåíà bcd â îáà ïîëþñà ïîëþñà ÿéöåêëåòîê äèêîãî òèïà. Òàêàÿ ÿéöà. Ýôôåêò ìóòàöèè ñðàâíèì ñ ìèêðîèíúåêöèÿ öèòîïëàçìû â îáëàñòü îïèñàííûì âûøå ýôôåêòîì ïåðåäíåãî ïîëþñà ìóòàíòíûõ ìèêðîèíúåêöèé öèòîïëàçìû èç ÿéöåêëåòîê îáåñïå÷èâàåò íîðìàëüíîå ïåðåäíåãî ïîëþñà â ðàéîí çàäíåãî ðàçâèòèå ìóòàíòíûõ ýìáðèîíîâ. Ñõåìà ïîëþñà, ÷òî èíäóöèðóåò îáðàçîâàíèå òàêîãî ýêñïåðèìåíòà ïðåäñòàâëåíà íà ïåðåäíèõ ñòðóêòóð. ðèñ.2.27. Âàæíî è òî, ÷òî èíúåêöèè Ïðè íîðìàëüíîì ðàçâèòèè èÐÍÊ öèòîïëàçìû, âçÿòîé èç äðóãèõ ÷àñòåé ãåíà bicoid çàÿêîðèâàåòñÿ íà öèòîïëàçìû íîðìàëüíûõ ÿèö, íå ýíäîïëàçìàòè÷åñêîì ðåòèêóëóìå âûçûâàþò êîððåêöèè ðàçâèòèÿ òîëüêî â ïåðåäíåì ïîëþñå. Íà ðèñ.2.28 ___________________________________________________________________________________

2-33

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ èÐÍÊ ãåíà bicoid

á

Êîíöåíòðàöèÿ

à

áåëîê bicoid

èÐÍÊ ãåíà hunchback

â

Ïîëîæåíèå âäîëü ýìáðèîíà Ðèñ.2.28. Â òîëüêî ÷òî îòëîæåííîì ÿéöå äðîçîôèëû òðàíñêðèïòû ãåíà bicoid íàõîäÿòñÿ â ïåðåäíåì ïîëþñå (À, ñëåâà). ×åðåç 2 ÷àñà ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ áåëîê bicoid ñîçäàåò ãðàäèåíò â ïåðåäíå-çàäíåì íàïðàâëåíèè (Á, ñëåâà). Áåëîê bicoid òîëüêî ïðè îïðåäåëåííîé ïîðîãîâîé êîíöåíòðàöèè ñïîñîáåí àêòèâèðîâàòü ãåí hunchback, è ïîòîìó ãåí hunchback àêòèâåí òîëüêî â ïîëîâèíå ýìáðèîíà, ïðèëåæàùåé ê ïåðåäíåìó ïîëþñó (Â). Ñïðàâà ãðàôè÷åñêîå èçîáðàæåíèå ãðàäèåíòîâ èÐÍÊ è áåëêà bicoid è ãåíà hunchback.

ïîêàçàíû ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ ïî in situ ãèáðèäèçàöèè ñïåöèôè÷åñêîãî çîíäà ñ èÐÍÊ ãåíà bicoid â çðåëîé ÿéöåêëåòêå. Õîðîøî âèäíî, ÷òî òðàíñêðèïòû ýòîãî ãåíà ëîêàëèçóþòñÿ â î÷åíü óçêîé çîíå ïåðåäíåãî ïîëþñà. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî òàêîå ëîêàëüíîå çàÿêîðèâàíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ áëàãîäàðÿ ñïåöèôè÷åñêîìó ñâÿçûâàíèþ ñ áåëêîì, êîäèðóåìûì ãåíîì swallow (swa). Ìóòàöèè ãåíà swa âûçûâàþò èçìåíåíèå ëîêàëèçàöèè òðàíñêðèïòîâ ãåíà bcd, òàê ÷òî çîíà èõ ðàñïðåäåëåíèÿ âûõîäèò çà ïðåäåëû ïåðåäíåãî ïîëþñà (ðèñ.2.29). Â íàñòîÿùåå âðåìÿ èäåíòèôèöèðîâàíî ïî-ìåíüøåé ìåðå åùå 2 ãåíà, îòâåòñòâåííûõ çà òðàíñïîðò è ïðàâèëüíóþ ëîêàëèçàöèþ ïåðâè÷íûõ òðàíñêðèïòîâ ãåíà bcd. Íà ðèñ. 2.29

ïîêàçàíû ýôôåêòû ìóòàöèé òðåõ ãåíîâ: exuperantia, swallow, staufen íà ðàñïðåäåëåíèå òðàíñêðèïòîâ ãåíà bcd â öèòîïëàçìå ÿéöà äðîçîôèëû. Ïîâèäèìîìó 3` íåòðàíñëèðóåìûé ðàéîí òðàíñêðèïòà ãåíà bicoid òàêæå îòâåòñòâåíåí çà ñïåöèôè÷åñêîå çàÿêîðèâàíèå ïðîäóêòà ýòîãî ãåíà â ïåðåäíåì ïîëþñå. Òðàíñëÿöèÿ èÐÍÊ ãåíà bicoid íà÷èíàåòñÿ âñêîðå ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ. Îäíîâðåìåííî ôîðìèðóåòñÿ ãðàäèåíò êîíöåíòðàöèè áåëêà bicoid â ïåðåäíå-çàäíåì íàïðàâëåíèè. Íà ðèñ.2.28 ïîêàçàíî ðàñïðåäåëåíèå ýòîãî áåëêà â öèòîïëàçìå ÿéöà ïîñëå 7-ãî äåëåíèÿ äðîáëåíèÿ, è îí ñîõðàíÿåòñÿ äî ñòàäèè ñèíòèöèàëüíîé áëàñòîäåðìû. Íà ïàðàìåòðû ãðàäèåíòà âëèÿåò ÷èñëî

___________________________________________________________________________________

2-34

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ãîìåîáîêñ-ñîäåðæàùóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ñõîäíóþ ñ òàêîâîé ãåíà paired (prd) (ãåí prd ïðèíàäëåæèò ê ãðóïïå ãåíîâ ñåãìåíòàöèè). Áîëåå ïîäðîáíî ðåãóëèðóþùàÿ ôóíêöèÿ ãåíà bicoid êàê òðàíñêðèïöèîííîãî ôàêòîðà áóäåò ðàññìîòðåíà íèæå. Çà ôîðìèðîâàíèå çàäíåãî ïîëþñà ýìáðèîíà îòâåòñòâåííà äîâîëüíî áîëüøàÿ ãðóïïà ãåíîâ (íå ìåíåå 10), îäíàêî, ïðîäóêòû ëèøü íåêîòîðûõ èç íèõ îáëàäàþò ìîðôîãåííûìè ñâîéñòâàìè. Ìóòàöèè âñåõ ãåíîâ çàäíåé ãðóïïû èìåþò ñõîäñòâî â ñâîåì ôåíîòè÷åñêîì ïðîÿâëåíèè; ìóòàöèè ýòèõ ãåíîâ íàðóøàþò ðàçâèòèå ñòðóêòóð èç àáäîìèíàëüíûõ ñåãìåíòîâ ïðè Ðèñ.2.29.Ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå àáñîëþòíî íîðìàëüíîì ðàçâèòèè ðàñïðåäåëåíèÿ ïåðâè÷íûõ òðàíñêðèïòîâ ãåíà bicoid â íîðìàëüíîì ÿéöå (à), è ìóòàíòàõ ïî ãîëîâíûõ è òîðàêàëüíûõ ñåãìåíòîâ. ãåíàì exuperantia (á), swallow (â) è staufen (ã). Èíûìè ñëîâàìè, ýôôåêò ìóòàöèé ýòèõ ãåíîâ ÿâíî ïðîòèâîïîëîæåí äåéñòâèþ Ïåðåäíèé ïîëþñ ñëåâà, à çàäíèé ñïðàâà. ãåíîâ bcd, swa è exu, êîíòðîëèðóþùèõ êîïèé ãåíà bcd; óâåëè÷åíèå ÷èñëà ñòàíîâëåíèå ïåðåäíåãî ïîëþñà. êîïèé ïîâûøàåò ãðàäèåíò (îí Íåñîìíåííî, ãåí nanos îäèí èç ñòàíîâèòñÿ êðó÷å) è âûçûâàåò êëþ÷åâûõ ìàòåðèíñêèõ ãåíîâ, ðàñøèðåíèå çîíû ôîðìèðîâàíèÿ îòâåòñòâåííûõ çà ôîðìèðîâàíèå ïåðåäíèõ ñåãìåíòîâ è, íàîáîðîò, çàäíåé êîîðäèíàòû ÿéöà. Îí ñíèæåíèå ÷èñëà êîïèé îñëàáëÿåò åãî, ýêñïðåññèðóåòñÿ â ïèòàþùèõ êëåòêàõ, ÷òî ñîïðîâîæäàåòñÿ óâåëè÷åíèåì çîíû à çàòåì åãî èÐÍÊ òðàíñïîðòèðóåòñÿ â ïîñòåðèîðíûõ ñåãìåíòîâ â ïåðåäíåì çàäíèé ïîëþñ ÿéöà, ïðîõîäÿ ÷åðåç âñþ íàïðàâëåíèè. Òàêèì îáðàçîì, áåëîê öèòîïëàçìó ÿéöà â ïåðåäíå-çàäíåì bicoid âåäåò ñåáÿ êàê òèïè÷íûé íàïðàâëåíèè. Òðàíñêðèïòû ãåíà nanos ìîðôîãåí, êîòîðûé â çàâèñèìîñòè îò ëîêàëèçóþòñÿ èñêëþ÷èòåëüíî â çàäíåì åãî êîíöåíòðàöèè îïðåäåëÿåò ïîëþñå ÿéöà è ó ýìáðèîíîâ íà ðàííèõ ôîðìèðîâàíèå ìîðôîëîãè÷åñêèõ ñòàäèÿõ ðàçâèòèÿ (ðèñ.2.30). ñòóðêòóð âäîëü ïåðåäíå-çàäíåé îñè. Òðàíñëÿöèÿ èÐÍÊ ãåíà nanos Âàæíûì ñâîéñòâîì áåëêà bicoid íà÷èíàåòñÿ âñêîðå ïîñëå ÿâëÿåòñÿ åãî ñïîñîáíîñòü ñâÿçûâàòüñÿ îïëîäîòâîðåíèÿ, è ñèíòåçèðîâàííûé ñ ÄÍÊ, òî åñòü ýòî ÿäåðíûé áåëîê, áåëîê, äèôôóíäèðóÿ, âñå æå îñòàåòñÿ êîòîðûé îïîçíàåò ñïåöèôè÷åñêèå â ïðåäåëàõ çàäíåé ÷àñòè ýìáðèîíà ñ ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ÄÍÊ è íàèâûñøåé êîíöåíòðàöèåé â îáëàñòè ñâÿçûâàåòñÿ ñ íèìè. Ãåí bcd ñîäåðæèò ëîêàëèçàöèè èÐÍÊ (ðèñ.2.30). ___________________________________________________________________________________

2-35


Ðèñ.2.30. Ïåðâè÷íûå òðàíñêðèïòû ãåíà nanos, îíè ëîêàëèçóþòñÿ â çàäíåì ïîëþñå ýìáðèîíà. Âåðõíèé ðèñóíîê ïîêàçûâàåò ðàñïðåäåëåíèå òðàíñêðèïòîâ ìåòîäîì ãèáðèäèçàöèè in situ ó ýìáðèîíà íà ñòàäèè 3ãî äåëåíèÿ-äðîáëåíèÿ. Íà íèæíåì ðèñóíêå ïîêàçàíî ðàñïðåäåëåíèå áåëêà (ñ ïîìîùüþ ìå÷åíûõ àíòèòåë) nanos ó ýìáðèîíà ïîñëå 8ãî äåëåíèÿ äðîáëåíèÿ.

Èìåþòñÿ áåññïîðíûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå, ïîçâîëÿþùèå ñäåëàòü âûâîä, ÷òî áåëîê nanos ÿâëÿåòñÿ èñòèííûì ìîðôîãåíîì. Ýòî ñëåäóåò èç îïûòîâ ïî èíúåêöèè öèòîïëàçìû èç çàäíåãî ïîëþñà íîðìàëüíûõ ÿèö â öèòîïëàçìó çàäíåé ÷àñòè ìóòàíòíûõ ýìáðèîíîâ. Â ýòèõ ýêñïåðèìåíòàõ íàáëþäàëîñü íîðìàëüíîå ðàçâèòèå ìóòàíòíûõ ýìáðèîíîâ, ïðè÷åì íå òîëüêî ïî ãåíó nanos, íî è äðóãèì ãåíàì, êîíòðîëèðóþùèì îáðàçîâàíèå àáäîìèíàëüíûõ ñåãìåíòîâ. Áîëåå òîãî,

êîððåêöèÿ ìóòàöèé èìååò ìåñòî íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî äîíîðàìè öèòîïëàçìû áûëè ìóòàíòíûå ýìáðèîíû (íàïðèìåð, ïî ãåíó pumilio), çà èñêëþ÷åíèåì ìóòàíòîâ ïî ñàìîìó ãåíó nanos. Ýòè äàííûå ìîæíî èíòåðïðåòèðîâàòü êàê òî, ÷òî äðóãèå ãåíû èãðàþò âòîðîñòåïåííóþ ðîëü â ôîðìèðîâàíèè çàäíåãî ïîëþñà, âîçìîæíî ó÷àñòâóÿ ëèøü â ðåãóëÿöèè òðàíñïîðòà èëè çàÿêîðèâàíèÿ ïðîäóêòîâ ãåíà nanos. Òàêàÿ ôóíêöèÿ ïðèïèñûâàåòñÿ ãåíó pumilio. Ìîðôîãåííàÿ àêòèâíîñòü èÐÍÊ ãåíà nanos áûëà ïîêàçàíà â îïûòàõ ïî åå ìèêðîèíúåêöèè â äðóãèå ó÷àñòêè öèòîïëàçìû ÿéöà. Òàêèå èíúåêöèè èíäóöèðîâàëè îáðàçîâàíèå àáäîìèíàëüíûõ ñòðóêòóð â ýêòîïè÷åñêèõ ìåñòàõ ëè÷èíêè. Â îòëè÷èå îò ïåðåäíåãî ïîëþñà, êîòîðûé ñîäåðæèò åäèíñòâåííûé ìîðôîãåí bicoid, â çàäíåì ïîëþñå ïðèñóòñòâóåò, ïî ìåíüøåé ìåðå, äâà; îäèí - óïîìÿíóòûé âûøå nanos, îòâåòñòâåííûé çà êîíòðîëü ðàçâèòèÿ àáäîìèíàëüíûõ ñòðóêòóð, è âòîðîé (äî ñèõ ïîð íåèäåíòèôèöèðîâàííûé)îòâåòñòâåííûé çà ðàçâèòèå ïîëÿðíûõ êëåòîê, äàþùèõ íà÷àëî ðàçâèòèþ ãîíàä. Ìóòàöèè ãåíîâ capuccino, spire, staufen, oscar, vasa, valois è tudor íàðóøàþò ðàçâèòèå êàê àáäîìèíàëüíûõ ñòðóêòóð, òàê è ôîðìèðîâàíèå ïîëÿðíûõ êëåòîê, òîãäà êàê nanos è pumilio - òîëüêî àáäîìèíàëüíûõ ñòðóêòóð. Ìíîãèå èññëåäîâàòåëè ïîëàãàþò, ÷òî ïðè ôîðìèðîâàíèè ïîëÿðíûõ êëåòîê ïðîèñõîäÿò ïîñëåäîâàòåëüíûå âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ýòèìè ãåíàìè (ðèñ.2.31). Òàê, íàïðèìåð, àêòèâíîñòü ãåíîâ spire è capuccino íåîáõîäèìà,

___________________________________________________________________________________

2-36

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Ëîêàëèçàöèÿ ãåííûõ Ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðîäóêòîâ â ÿéöå âçàèìîäåéñòâèÿ ãåíîâ capuccino Îáùèé ïóòü spire áåëîê Staufen staufen èÐÍÊ ãåíà Oscar

oskar vasa

áåëîê Vasa

valois tudor

nanos

Ïîëÿðíûå ãðàäèåíòû? Íåèçâåñòíûå äåòåðìèíàíòû

pumilio

Äèôôåðåíöèðîâêà àáäîìèíàëüíûõ ñåãìåíòîâ

èÐÍÊ ãåíà nanos

Äèôôåðåíöèðîâêà ïîëîâûõ êëåòîê

Ïîëÿðíûå êëåòêè

áåëîê nanos

Ðèñ.2.31. Ñõåìà âçàèìîäåéñòâèÿ ãåíîâ, ôîðìèðóþùèõ çàäíèé ïîëþñ, íà îñíîâå êîòîðîãî â äàëüíåéøåì ðàçâèâàþòñÿ àáäîìèíàëüíûå ñòðóêòóðû è ãîíàäû èìàãî.

÷òîáû ëîêàëèçàöèÿ áåëêà Staufen (ïðîäóêò ãåíà staufen) áûëà òîëüêî â çàäíåì ïîëþñå. Â ñâîþ î÷åðåäü Staufen áåëîê êîíòðîëèðóåò ëîêàëèçàöèþ èÐÍÊ ãåíà oscar, êàê ïðåäïîëàãàåòñÿ ÷åðåç îáðàçîâàíèå êîìïëåêñà áåëêà Staufen ñ èÐÍÊ ãåíà oscar, îáðàçîâàíèå êîòîðîãî ïðîèñõîäèò ïðè ó÷àñòèè ãåíà vasa. Ãåí vasa êîäèðóåò ÐÍÊñâÿçûâàþùèé áåëîê. Â ñëó÷àå èçáûòî÷íîé ýêñïðåññèè ãåíà oscar èëè ëîêàëèçàöèè åãî èÐÍÊ âíå çàäíåãî ïîëþñà, íàáëþäàåòñÿ ýêòîïè÷åñêîå îáðàçîâàíèå ïîëîâîãî çà÷àòêà. Îäíàêî ïðè ýòîì íåîáõîäèìà àêòèâíîñòü ãåíîâ vasa è tudor (ðèñ.2.31). Ýòî ïðåäïîëàãàåò, ÷òî ãåíû capuccino, spire è staufen îïðåäåëÿþò ëèøü

ïðîñòðàíñòâåííóþ ëîêàëèçàöèþ èÐÍÊ ãåíà oscar, òåì ñàìûì âûñòóïàþò êàê ïåðâûå çâåíüÿ öåïî÷êè âçàèìîäåéñòâèÿ ãåíîâ â ôîðìèðîâàíèè ïîëîâîãî çà÷àòêà (ðèñ.2.31). Ôóíêöèÿ ãåíîâ tudor è valois íåèçâåñòíû. Êàê ïîëàãàåò Nüsslein-Folhardt, ãåí torso-like èãðàåò òàêæå ñóùåñòâåííóþ ðîëü â ôîðìèðîâàíèè ïåðåäíå-çàäíåé îñè ýìáðèîíà è, âîçìîæíî, îáëàäàåò ôóíêöèåé ìîðôîãåíà. Èíòåðåñíî, ÷òî ñîãëàñíî åå äàííûì, ïåðâè÷íûå òðàíñêðèïòû ýòîãî ãåíà ëîêàëèçóþòñÿ êàê â ïåðåäíåì, òàê è çàäíåì ïîëþñàõ ýìáðèîíà (ðèñ.2.32). Îäíàêî ôóíêöèÿ ýòîãî ãåíà íå âûÿñíåíà åùå äî êîíöà, ïîñêîëüêó íå èäåíòèôèöèðîâàí áåëêîâûé ïðîäóêò

___________________________________________________________________________________

2-37

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ èÐÍÊ ãåíà bicoid

èÐÍÊ ãåíà oscar

èÐÍÊ ãåíà torso-like

ñèãíàë

ãðàäèåíò bicoid ôîðìèðîâàíèå ïåðåäíåãî ïîëþñà

nanos ôîðìèðîâàíèå çàäíåãî ïîëþñà

íåèçâåñòíûé áåëîê

Ðèñ.2.32. Òðè ñèñòåìû ìàòåðèíñêèõ ãåíîâ îðãàíèçóþò ïåðåäíå-çàäíþþ îñü ýìáðèîíà ïóòåì ôîðìèðîâàíèÿ ãðàäèåíòîâ òðàíñêðèïòîâ ãåíîâ bicoid, oscar, torso-like. Â ñâîþ î÷åðåäü ïðè òðàíñëÿöèè èÐÍÊ ýòèõ ãåíîâ ñîçäàþòñÿ ãðàäèåíòû 4-õ áåëêîâ, ÷òî äàåò íà÷àëî ïåðâîìó «ðàçäåëåíèþ» ýìáðèîíà.

ýòîãî ãåíà. Ñóììèðóÿ äàííûå î ðîëè ãåíîâ ìàòåðèíñêîãî ýôôåêòà â ñòàíîâëåíèè ïåðåäíå-çàäíåé îñè ýìáðèîíà, ìîæíî çàìåòèòü, ÷òî íåáîëüøîå ÷èñëî êëþ÷åâûõ ãåíîâ (âåðîÿòíî, íå áîëåå 4õ) îòâåòñòâåííû çà ýòîò ïåðâûé ýòàï ðàííåãî ðàçâèòèÿ - ôîðìèðîâàíèå ïîçèöèîííîé èíôîðìàöèè. Ñòàíîâëåíèå âòîðîé îñè Òàáëèöà 2.3. Ãåíû äîðçàëèçàöèè D. Volhard, 1984) Ëîêóñû, êîíòðîëèðóþùèå ïðîöåññ ãàñòðóëÿöèè

ýìáðèîíà - äîðçàëüíî-âåíòðàëüíîé îñóùåñòâëÿåòñÿ â ïåðèîä îò ìîìåíòà îïëîäîòâîðåíèÿ äî ñòàäèè êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû, òî åñòü áîëåå ðàñòÿíóòî âî âðåìåíè, íåæåëè ôîðìèðîâàíèå ïåðåäíå-çàäíåé îñè. Íà ìîðôîëîãè÷åñêîì óðîâíå ñòàíîâëåíèå ýòîé îñè îïðåäåëÿåò ðàçâèòèå âåíòðàëüíûõ ñòðóêòóð, îñíîâîé êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ ìåçîäåðìà è melanogaster (Anderson and Nüsslein-

Ëîêàëèçàöèÿ íà ãåíåòè÷åñêîé èëè öèòîãåíåòè÷åñêîé êàðòå

Êîððåêöèÿ ìóòàíòíûõ ôåíîòèïîâ ñ ïîìîùüþ èíüåêöèè öèòîïëàçìû ÐÍÊ í.î. + í.î* í.î. + + í.î. + + + + + + + + + +

gastrulation defective 11À 1-7 dorsal 36C nudel 3-17 tube 3-47 pipe 3-47 snake 87D10-12 easter 88EF Toll 97D spätzle 97E pelle 97F *í.î. - íå îïðåäåëÿëàñü. ___________________________________________________________________________________

2-38

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ íåéðîýêòîäåðìà. Äîðçàëüíîâåíòðàëüíàÿ îñü ôîðìèðóåòñÿ ïðè ó÷àñòèè íå ìåíåå 10 ìàòåðèíñêèõ ãåíîâ (Òàáëèöà 2.3). Áîëüøèíñòâî èç ýòèõ ãåíîâ ðåöåññèâíûå, è òîëüêî ãåí Toll

ýòèõ ìóòàöèé íàáëþäàåòñÿ íà ñòàäèè ãàñòðóëÿöèè, ïîñêîëüêó íå ôîðìèðóåòñÿ âåíòðàëüíàÿ áîðîçäà è ïåðåäíåå âïÿ÷èâàíèå êèøêè. Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî èíúåêöèè öèòîïëàçìû, ïîëó÷åííîé îò ýìáðèîíîâ äèêîãî òèïà, äîðçàëüíûå ñòðóêòóðû

Ýìáðèîí äèêîãî òèïà

Ìóòàíòû äîðçàëüíîé ãðóïïû

Ýôôåêò èíúåêöèè öèòîïëàçìû, ñîäåðæàùåé ïðîäóêò ãåíà Toll, íà ðàçâèòèå ìóòàíòîâ

âåíòðàëüíûå ñòðóêòóðû

äîðçàëüíûå ñòðóêòóðû ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ íà âåíòðàëüíóþ ÷àñòü

âåíòðàëüíûå ñòðóêòóðû ðàçâèâàþòñÿ âîêðóã ìåñòà èíúåêöèè

Ðèñ2.33. Ó ýìáðèîíîâ äðîçîôèëû äèêîãî òèïà äîðçàëüíûå è âåíòðàëüíûå ñòðóêòóðû îò÷åòëèâî ðàçëè÷àþòñÿ. Ìóòàöèè ïî ãåíàì äîðçàëüíîé ãðóïïû ïðåïÿòñòâóþò ïîÿâëåíèþ âåíòðàëüíûõ ñòðóêòóð, òî åñòü ïðîèñõîäèò äîðçàëèçàöèÿ âåíòðàëüíîé ñòîðîíû. Âåíòðàëüíûå ñòðóêòóðû ìîãóò áûòü âîññòàíîâëåíû ó ìóòàíòîâ ïîñðåäñòâîì èíúåêöèè öèòîïëàçìû îò ýìáðèîíîâ äèêîãî òèïà, ñîäåðæàùèõ ïðîäóêò ãåíà Toll.

äîìèíàíòíûé. Äàííàÿ ãðóïïà ãåíîâ ðàñïðåäåëåíà ðàâíîìåðíî ïî ãåíîìó, è íå íàáëþäàåòñÿ òåíäåíöèè ê èõ êëàñòåðèçàöèè (Òàáëèöà 2.3). Ìóòàöèè ëþáîãî ãåíà èç ýòîé ãðóïïû âûçûâàþò íàðóøåíèå ôîðìèðîâàíèÿ âåíòðàëüíûõ ñòðóêòóð, è âìåñòî íèõ ðàçâèâàþòñÿ äîðçàëüíûå ôåíîìåí, íàçûâàåìûé äîðçàëèçàöèåé. Âèäèìîå ïðîÿâëåíèå

â òîé èëè èíîé ìåðå ñïîñîáíû êîððåêòèðîâàòü ýôôåêò áîëüøèíñòâà ìóòàöèé (Òàáëèöà 2.3). Íàïðèìåð, ó ìóòàíòîâ ïî ãåíó snake, òàêàÿ èíúåêöèÿ ïîëíîñòüþ íîðìàëèçóåò ðàçâèòèå. Â ñëó÷àå ìóòàöèè ïî ãåíó Toll êîððåêöèÿ ìóòàíòíîãî ôåíîòèïà ñ ïîìîùüþ èíúåêöèé çàâèñèò îò ìåñòà èíúåêöèè: åñëè îíà ñäåëàíà â âåíòðàëüíóþ îáëàñòü - ðàçâèòèå

___________________________________________________________________________________

2-39

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ïîëíîñòüþ íîðìàëèçóåòñÿ, èíúåêöèè â äîðçàëüíóþ îáëàñòü ýìáðèîíà íå îêàçûâàþò êîððåãèðóþùåãî ýôôåêòà (ðèñ.2.33).Ñïàñåíèå ìóòàíòîâ ïî ãåíó pelle âîçìîæíî òîëüêî â ñëó÷àå,

êîãäà äîíîðîì öèòîïëàçìû ñëóæàò ýìáðèîíû, íàõîäÿùèåñÿ íà ðàííèõ ñòàäèõ ðàçâèòèÿ äî ñòàäèè ïîçäíåé áëàñòîäåðìû. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî íà ñòàäèè áëàñòîäåðìû ãðàäèåíò èÐÍÊ

Äî îïëîäîòâîðåíèÿ comichon gurken

Ãåíû â îîöèòå ïîñûëàþò íåèäåíòèôèöèðîâàíííûé ñèãíàë ôîëëèêóëÿðíûì êëåòêàì ê áåëêó ðåöåïòîðó ãåíà torpedo

torpedo Ãåí Toll ýêñïðåññèðóåòñÿ ïîâñþäó ïîä îêðóæàþùåé îîöèò îáîëî÷êîé

Pipe, nudel, windbeutel â ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòêàõ ïîñûëàþò ñèãíàë íà âåíòðàëüíóþ ñòîðîíó îîöèòà

Ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ Ãåí gastrulation-defefective ñ íåèçâåñòíîé ôóíêöèåé

îîöèò Ïåðèâèòåëëèíîâîå ïðîñòðàíñòâî

snake

spatzle

easter

Ãåíû snake, easter êîäèðóþò ïðîòåàçû, êîòîðûå ñïîñîáíû Ôîëëèêóëÿðíûå êëåòêè àêòèâèðîâàòü áåëîê spatzle Ãåí spazle àêòèâèðóåò áåëîê Toll íà âåíòðàëüíîé ñòîðîíå Ãåí Toll äåéñòâóåò ÷åðåç ãåí tube (ôóíêöèÿ íåèçâåñòíà) è àêòèâèðóåò ãåí pelle, êîäèðóþùèé êèíàçó, êîòîðàÿ ôîñôîðèëèðóåò áåëîê cactus

tube

Áåëîê cactus âûñâîáîæäàåò áåëîê dorsal, êîòîðûé çàòåì ïîïàäàåò â ÿäðî

pelle

cactus

dorsal

Ðèñ.2.34. Ñòàíîâëåíèå äîðçàëüíî-âåíòðàëüíîé îñè ýìáðèîíà ïðîèñõîäèò áëàãîäàðÿ âçàèìîäåéñòâèþ ìåæäó ôîëëèêóëÿðíûìè êëåòêàìè è îîöèòîì. Ïðèðîäà ñèãíàëà, êîòîðûé îòâåòñòâåíåí çà ïîÿâëåíèå áåëêà spatzle íà âåíòðàëüíîé ñòîðîíå, íåèçâåñòíà, íî çàòåì spatzle ñâÿçûâàåòñÿ ñ áåëêîì Troll, ÷òî àêòèâèðóåò ýòîò ìîðôîãåí. Öåïü âçàèìîäåéñòâèÿ ãåíîâ çàêàí÷èâàåòñÿ òåì, ÷òî òðàíñêðèáèðóåìûé ôàêòîð dorsal äîñòèãàåò ÿäåð. ___________________________________________________________________________________

2-40

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ãåíà pelle èñ÷åðïûâàåòñÿ. Êàê ñëåäóåò èç òàáëèöû 2.3, èíúåêöèè ñóììàðíîé ÐÍÊ, èëè ïîëè-A+ ÐÍÊ, âûäåëåííûõ èç ýìáðèîíîâ äèêîãî òèïà, òàêæå ñïîñîáíû íîðìàëèçîâàòü ðàçâèòèå ìóòàíòîâ. Áîëüøèíñòâî ãåíîâ ýòîé ãðóïïû ýêñïðåññèðóþòñÿ â ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòêàõ è ó÷àñòâóþò â ñëîæíûõ âçàèìîäåéñòâèÿõ ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê ñ ñîçðåâàþùèì îîöèòîì. Ðåçóëüòàòîì òàêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ÿâëÿåòñÿ àêòèâàöèÿ öåïè ìîëåêóëÿðíûõ ñîáûòèé íà âåíòðàëüíîé ñòîðîíå îîöèòà (ðèñ.2.34). Âçàèìîäåéñòâèÿ ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê ñ îîöèòîì îñëîæíÿþòñÿ ýôôåêòàìè ãåíîâ, êîòîðûå êîíòðîëèðóþò ôîðìèðîâàíèå ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê ñàìèõ ïî ñåáå. Ìóòàöèè òàêèõ ãåíîâ, íàðóøàþùèå ðàçâèòèå ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê, îïîñðåäîâàíî ÷åðåç ýòîò ìåõàíèçì âûçûâàþò òàêæå íàðóøåíèå ôîðìèðîâàíèå äîðçàëüíî-âåíòðàëüíîé îñè. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ èçâåñòíî, ÷òî ìàòåðèíñêèå ãåíû pipe, nudel è windbeutel ýêñïðåññèðóþòñÿ â ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòêàõ. Çàòåì, íåèçâåñòíûì äî ñèõ ïîð îáðàçîì, ïðîäóêòû ýòèõ ãåíîâ ó÷àñòâóþò â îáðàçîâàíèè ñèãíàëà, êîòîðûé ïîñòóïàåò ñ âåíòðàëüíîé ñòîðîíû â ÿéöåêëåòêó ïîñëå åå îïëîäîòâîðåíèÿ (ðèñ.2.34). Ýòîò ñèãíàë âûçûâàåò àêòèâàöèþ ñåðèè ïðîòåîëèòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ íà ïîâåðõíîñòè ÿéöà. Ïîêàçàíî, ÷òî ïðîäóêò ãåíà snake ðàñùåïëÿåò áåëêîâûé ïðîäóêò ãåíà easter, êîòîðûé â ñâîþ î÷åðåäü àêòèâèðóåòñÿ ÷òîáû îñóùåñòâèòü ÷àñòè÷íûé ïðîòåîëèç áåëêà,

êîäèðóåìîãî ãåíîì spatzle (ðèñ.2.34). Àêòèâèðîâàííûé áëàãîäàðÿ ÷àñòè÷íîìó ïðîòåîëèçó, áåëîê spatzle ïðåâðàùàåòñÿ â ëèãàíä äëÿ ðåöåïòîðà, êîäèðóåìîãî ãåíîì Toll (ðèñ.2.34 ). Ãåí Toll èãðàåò êëþ÷åâóþ ðîëü â äàëüíåéøåé ïåðåäà÷å ñèãíàëà âíóòðü ÿéöà. Áåëêîâûé ïðîäóêò ãåíà Toll ðàñïðåäåëåí ïî âñåé öèòîïëàçìå ýìáðèîíà. Â òî æå âðåìÿ, ïî õàðàêòåðó ñâîåãî äåéñòâèÿ òàêîå ðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå äîëæíî áûòü ïðåîáðàçîâàíî â ãðàäèåíò ñ ìîðôîãåííûìè ñâîéñòâàìè. Êàê ýòî äîñòèãàåòñÿ îñòàåòñÿ íåâûÿñíåííûì. Òåì íå ìåíåå ñâÿçûâàíèå ëèãàíäà åñòü àáñîëþòíî íåîáõîäèìîå óñëîâèå äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ äîðçàëüíî-âåíòðàëüíîé îñè. Ïðîöåññ íà÷èíàåòñÿ íà âåíòðàëüíîé ñòîðîíå ýìáðèîíà â ïåðèâèòåëëèíîâîì ïðîñòðàíñòâå, òî åñòü íàèáîëåå íàðóæíîì ñëîå (ðèñ.2.34). Áåëîê spatzle ïîñëå ÷àñòè÷íîãî ïðîòåîëèçà ëèáî îñòàåòñÿ ôèêñèðîâàííûì â ïåðèâèòåëëèíîâîì ïðîñòðàíñòâå, ëèáî î÷åíü áûñòðî ñâÿçûâàåòñÿ ñ áåëêîì Toll. Ïðè ýòîì âàæíî îòìåòèòü, ÷òî áåëîê Toll àêòèâèðóåòñÿ òîëüêî íà âåíòðàëüíîé ñòîðîíå ýìáðèîíà (ðèñ.2.34). Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, áîëüøèíñòâî ìóòàöèé ãåíà Toll (òèï loss of function) âûçûâàåò äîðçàëèçàöèþ âåíòðàëüíîé ñòîðîíû ýìáðèîíà âñëåäñòâèè òîãî, ÷òî ðåöåïòîð íå ìîæåò áûòü àêòèâèðîâàí. Ñóùåñòâóåò îäíàêî è ïðîòèâîïîëîæíûé ýôôåêò ìóòàöèè ãåíà Toll. Äîìèíàíòíàÿ ìóòàöèÿ Tolld (òèï gain-of-function) âûçûâàåò âåíòðàëèçàöèþ äîðçàëüíîé ñòîðîíû ýìáðèîíà. Òàêîé íåîáû÷íûé ýôôåêò ñâÿçàí ñ òåì, ÷òî ïðè ìóòàöèè Tolld ïðîèñõîäèò êîíñòèòóòèâíûé ñèíòåç

___________________________________________________________________________________

2-41

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ áåëêîâîãî ïðîäóêòà. Ýôôåêò Toll îñóùåñòâëÿåòñÿ ÷åðåç âçàèìîäåéñòâèå ñ ïðîäóêòàìè ãåíîâ tube è pelle. Ôóíêöèÿ ãåíà tube íåèçâåñòíà, òîãäà êàê óñòàíîâëåíî, ÷òî ãåí pelle êîäèðóåò êèíàçó (ðèñ.2.34). Ìèøåíüþ (the target) äëÿ ýòîé êèíàçû ÿâëÿåòñÿ áåëêîâûé ïðîäóêò ãåíà cactus, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ ðåãóëÿòîðîì òðàíñêðèïöèîííîãî ôàêòîðà, êîäèðóåìîãî ãåíîì dorsal (ðèñ.2.34). Íå èñêëþ÷àåòñÿ òàêæå, ÷òî êèíàçà (ïðîäóêò ãåíà pelle) ìîæåò ñâÿçûâàòüñÿ íåïîñðåäñòâåííî ñ òðàíñêðèïöèîííûì ôàêòîðîì. Ïðîäóêòû ãåíîâ dorsal è cactus îáðàçóþò âçàèìîäåéñòâóþùóþ ïàðó (an interacting pair) áåëêîâ, êîòîðàÿ èìåþò çíà÷èòåëüíîå ñõîäñòâî ñ äðóãîé ïàðîé, òðàíñêðèïöèîííîãî ôàêòîðà NF- kB è åãî ðåãóëÿòîðà IkB. NF k B ñîñòîèò èç 2-õ ñóáúåäèíèö (ñõîäíûõ ïî ñòðóêòóðå), êîòîðûå ñâÿçûâàþòñÿ â öèòîïëàçìå ñ IkB. Êîãäà ïðîèñõîäèò ôîñôîðèëèðîâàíèå IkB, èç êîìïëåêñà îñâîáîæäàåòñÿ NF k B, êîòîðûé çàòåì íàïðàâëÿåòñÿ â ÿäðî, ãäå ôóíêöèîíèðóåò êàê òðàíñêðèïöèîííûé ôàêòîð ãåíîâ, ïðîìîòîðû êîòîðûõ èìåþò òàê íàçûâàåìûé ìîòèâ k B. Ìíîãèå èññëåäîâàòåëè ïîëàãàþò, ÷òî áåëîê cactus ðåãóëèðóåò dorsal òåì æå ñàìûì ñïîñîáîì, êàê IkB ðåãóëèðóåò NFkB, òî åñòü êîìïëåêñ cactus-dorsal íåàêòèâåí â öèòîïëàìçå äî òåõ ïîð, ïîêà íå ïðîèçîéäåò ôîñôîðèëèðîâàíèå cactus, ïîñëå ÷åãî îñâîáîäèâøèéñÿ dorsal ïîïàäàåò â ÿäðî. Òàêèì îáðàçîì, áëàãîäàðÿ àêòèâàöèè Toll óñòàíàâëèâàåòñÿ, â êîíöå êîíöîâ, ãðàäèåíò áåëêà dorsal â ÿäðàõ ýìáðèîíà â âåíòðàëüíî-äîðçàëüíîì íàïðàâëåíèè; íà âåíòðàëüíîé ñòîðîíå dorsal ëîêàëèçóåòñÿ â ÿäðå, òîãäà êàê íà

Ðèñ.2.35. Áåëîê dorsal îáðàçóåò ãðàäèåíò îò âåíòðàëüíîé ê äîðçàëüíîé ñòîðîíå ýìáðèîíà. Íà âåíòðàëüíîé ñòîðîíå (âíèçó) áåëîê íàõîäèòñÿ â ÿäðàõ, íà äîðçàëüíîé ñòîðîíå (ââåðõó) ÿäðà ëèøåíû ýòîãî áåëêà, íî îí íàõîäèòñÿ â öèòîïëàçìå.

äîðçàëüíîé ñòîðîíå - â öèòîïëàçìå. Ýòîò ãðàäèåíò ôîðìèðóåòñÿ íà ñòàäèè ñèíòèöèàëüíîé áëàñòîäåðìû è ñòàíîâèòñÿ îò÷åòëèâûì â ìîìåíò ïåðåõîäà ñèíòèöèàëüíîé ê êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìå (ðèñ.2.35). Òàêèì îáðàçîì, ñâîåîáðàçèå äîðçàëüíî-âåíòðàëüíîãî ãðàäèåíòà ñîñòîèò â òîì, ÷òî áåëîê dorsal ïðèñóòñòâóþò âî âñåõ êëåòêàõ áëàñòîäåðìû, íî íà âåíòðàëüíîé ñòîðîíå îí ëîêàëèçóåòñÿ â ÿäðàõ êëåòîê, òîãäà êàê íà äîðçàëüíîé ñòîðîíå - â öèòîïëàçìå. Ãåí dorsal ìîæåò âûñòóïàòü â ðîëè êàê ïîçèòèâíîãî, òàê è íåãàòèâíîãî ðåãóëÿòîðà ãåííîé àêòèâíîñòè. Áåëîê

___________________________________________________________________________________

2-42

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ dorsal ñïîñîáåí àêòèâèðîâàòü ãåíû twist è snail, êîòîðûå íåîáõîäèìû äëÿ ðàçâèòèÿ âåíòðàëüíûõ ñòðóêòóð, â òî æå âðåìÿ îí ïîäàâëÿåò òðàíñêðèïöèþ ãåíîâ decapentaplegic (dpp) è zerknült (zen), êîòîðûå íåîáõîäèìû äëÿ ðàçâèòèÿ äîðçàëüíûõ ñòðóêòóð. Ïîêàçàíî, ÷òî ãåíû zen è dpp ýêñïðåññèðóþòñÿ ëèøü íà 40% íà äîðçàëüíîé ñòîðîíå áëàñòîäåðìû. Ïðîäóêò ãåíà dpp ÿâëÿåòñÿ ÷ëåíîì ñåìåéñòâà ðîñòîâûõ ôàêòîðîâ òèïà TGFb è êîíòðîëèðóåòñÿ ãåíîì dorsal òàê, ÷òî ýòîò áåëîê ñåêðåòèðóåòñÿ êëåòêàìè òîëüêî íà äîðçàëüíîé ñòîðîíå. Áåëîê dpp âûñòóïàåò â ðîëè ìîðôîãåíà è äåòåðìèíèðóåò ôîðìèðîâàíèå äîðçàëüíûõ ñòðóêòóð. Ñóììèðóÿ äàííûå ïî äåéñòâèþ ìàòåðèíñêèõ ãåíîâ, ñëåäóåò âûäåëèòü èõ âàæíåéøóþ ôóíêöèþ óñòàíîâëåíèå ïåðåäíå-çàäíåé è äîðçàëüíî-âåíòðàëüíîé îñåé ýìáðèîíà ÷åðåç ôîðìèðîâàíèå ãðàäèåíòîâ, òî åñòü äåéñòâèå ýòèõ ãåíîâ äåòåðìèíèðóåò ôîðìèðîâàíèå ïðîñòðàíñòâåííûõ êîîðäèíàò ýìáðèîíà è ãðàäèåíòû, êîòîðûå ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê çàïèñü ïîçèöèîííîé èíôîðìàöèè. Â ñâîþ î÷åðåäü, ïîçèöèîííàÿ èíôîðìàöèÿ ñ÷èòûâàåòñÿ çèãîòè÷åñêèìè ãåíàìè, ñðåäè êîòîðûõ ïåðâûìè àêòèâèðóþòñÿ ãåíû ñåãìåíòàöèè. 2.2.2. Ðîëü ãåíîâ ñåãìåíòàöèè â ðàçâèòèè. Ñîãëàñíî êëàññèôèêàöèè ãåíîâ, îïèñàííîé âûøå, ãåíû ñåãìåíòàöèè êîíòðîëèðóþò ÷èñëî è ïîëÿðíîñòü ñåãìåíòîâ. Ñóùåñòâóåò, ïî ìåíüøåé ìåðå, 2 òèïà òåðìèíîâ, îáîçíà÷àþùèõ

ïîëÿðíîñòü ñåãìåíòà: ñîãëàñíî îäíîìó âíóòðè îäíîãî ñåãìåíòà ìîæíî âûäåëèòü ïåðåäíèé è çàäíèé êîìïàðòìåíòû (ðèñ.2.36). Íàïðèìåð, òîðàêàëüíûé ñåãìåíò Ò3 ñîñòîèò èç ïåðåäíåé ÷àñòè À è çàäíåé Ð èëè Ò3À è Ò3Ð (ðèñ.2.36). Òàêàÿ êàðòèíà ñåãìåíòîâ áîëåå õàðàêòåðíà äëÿ áîëåå ïîçäíèõ ñòàäèé ðàçâèòèÿ (ïðèìåðíî ê 10 ÷àñó). Íà íà÷àëüíûõ ñòàäèÿõ ñåãìåíòàöèè (íà ñòàäèè ãàñòðóëÿöèè) èñïîëüçóþò òåðìèí ïàðàñåãìåíòû ñî ñâîåé ñèñòåìîé íóìåðàöèè äëÿ îáîçíà÷åíèÿ ïåðâûõ ìîðôîëîãè÷åñêèõ ïðèçíàêîâ ìåòàìåðèè (ðèñ.2.36). Íàïðèìåð, òå æå ÷àñòè ñåãìåíòà Ò3 (Ò3À è Ò3Ð) ïî ýòîé íîìåíêëàòóðå áóäóò îáîçíà÷àòüñÿ êàê ïàðàñåãìåíò 4 èëè ïàðàñåãìåíò 8, ñîñòîÿùèé èç äâóõ êîìïàðòìåíòîâ À2Ð è À3À (ðèñ.2.36). Ê 4-5 ÷àñó ðàçâèòèÿ ýìáðèîíà, êîãäà òîëüêî íàìå÷àþòñÿ ïåðâûå áîðîçäû íà åãî ïîâåðõíîñòè, ìîæíî âèäåòü ôîðìèðîâàíèå ïàðàñåãìåíòîâ. Ê 9 ÷àñàì ðàçâèòèÿ, êîãäà ñåãìåíòû õîðîøî âûðàæåíû êàê ìîðôîëîãè÷åñêèå ñòðóêòóðû, ìîæíî çàìåòèòü, ÷òî ïåðåäíÿÿ ÷àñòü (êîìïàðòìåíò À) ðàçâèâàåòñÿ èç îäíîãî ïàðàñåãìåíòà, òîãäà êàê çàäíèé êîìïàðòìåíò èç ïîñëåäóþùåãî ïàðàñåãìåíòà. Â ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì, ïðîèñõîäèò êàê áû ïðåîáðàçîâàíèå (êîíå÷íî óñëîâíîå, ÷èñòî òåðìèíîëîãè÷åñêîå) ïàð Ð-À èç 2-õ ïàðàñåãìåíòîâ â À-Ð ïàðó îäíîãî ñåãìåíòà (ðèñ.2.36). Â íàñòîÿùåå âðåìÿ óñòàíîâëåíî, ÷òî íå ìåíåå 30 ãåíîâ îòâåòñòâåííû çà ïðîöåññ ñåãìåíòàöèè. Â òàáëèöå 2.4 ïðèâåäåí ñïèñîê ãåíîâ ñåãìåíòàöèè è ýôôåêòû ìóòàöèé ýòèõ ãåíîâ â ðàçâèòèè.

___________________________________________________________________________________

2-43

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Ïàðàñåãìåíòû

4 5 6 7 8 9 10 111213 14

Êëåòî÷íàÿ áëàñòîäåðìà Ñóäüáà êàæäîãî ðàéîíà ïðåäîïðåäåëåíà, íî ìåòàìåðíàÿ ñòðóêòóðà åùå íå ïðîÿâëÿåòñÿ

ïåðåäíÿÿ ÷àñòü Ò2 çàäíÿÿ ÷àñòü Ò1

Ñåãìåíòû

Ýìáðèîí íà 10-îì ÷àñó ðàçâèòèÿ

Ãîëîâà

Òîðàêàëüíûå è àáäîìèíàëüíûå ñòðóêòóðû õîðîøî ðàçâèòû

Èìàãî Èìååò 3 òîðàêàëüíûõ è 8 àáäîìèíàëüíûõ ñåãìåíòîâ

Òîðàêàëüíûå ñåãìåíòû

Àáäîìèíàëüíûå ñåãìåíòû

Ðèñ.2.36. Ðàçâèòèå äðîçîôèëû ïðîõîäèò ÷åðåç ñòàäèþ êîìïàðòìåíòàëèçàöèè, ÷òî ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ ïàðàñåãìåíòîâ è ñåãìåíòîâ.

Áîëüøèíñòâî ãåíîâ ñåãìåíòàöèè ðåöåññèâíûå. Ïðèíÿòî ðàçäåëÿòü âñå ãåíû ñåãìåíòàöèè íà 3 áîëüøèå ãðóïïû: 1. Ãðóïïà gap ãåíîâ, ìóòàöèè êîòîðûõ õàðàêòåðèçóþòñÿ ñîâìåñòíûì âûïàäåíèåì íåñêîëüêèõ ïðèëåæàùèõ äðóã ê äðóãó ñåãìåíòîâ (ðèñ.2.37). Íàïðèìåð, ïðè ìóòàöèè ãåíà Krüppel (Kr) ó ýìáðèîíîâ îòñóòñòâóþò

âñå òîðàêàëüíûå è ïåðâûå 5 àáäîìèíàëüíûõ (ñ À1 ïî À5), íî íîðìàëüíî ðàçâèâàþòñÿ À6, À7 è À8. Ó ìóòàíòíûõ ýìáðèîíîâ ïî ãåíó hunchback îòñóòñòâóþò Ò1 è Ò2 ñåãìåíòû ïðè íîðìàëüíîì ðàçâèòèè îñòàëüíûõ. 2. Ãðóïïà ãåíîâ pair-rule, ìóòàöèè êîòîðûõ âûçûâàþò ïîëíîå íàðóøåíèå ðàçâèòèÿ ñåãìåíòà (îâ), íî îíî ñëåäóåò

___________________________________________________________________________________

2-44

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Òàáëèöà 2.4. Ãåíû ñåãìåíòàöèè D. melanogaster (Nüsslein-Volhard and Wieschaus, 1980; Lewin 1995) Êëàññ Êëàññ 1. Ìóòàöèè ïîëÿðíîñòè ñåãìåíòà

Êëàññ 2. Ìóòàöèè pair-rule

Êëàññ 3. gap-ìóòàöèè

Ëîêóñ

Ïîçèöèÿ íà ãåíåòè÷åñêîé êàðòå

fused (fu) wingless (wg) patch (pat) gooseberry (gsb) hedgehog (hh) cubitus interruptus (ciD) hairy (h) runt (run) odd-skipped (odd) paired (prd) even-skipped (eve) engrailed (en) barrel (brr)

1-59.5 2-30 2-55 2-104 3-90 4-0

Krüppel (Kr) knirps (kni) hunchback (hb) giant (gn)

2-107.6 3-47 3-48

ïðàâèëó, ñîãëàñòíî êîòîðîìó âûïàäåíèå ïðîèñõîäèò ëèáî ÷åòíûõ èëè íå÷åòíûõ ñåãìåíòîâ (ðèñ.2.37). Íàïðèìåð, ó ìóòàíòîâ ïî ãåíó evenskipped íîðìàëüíî ðàçâèâàþòñÿ ñåãìåíòû: Ò2, À1, À3, À5, è À7, íî îòñóòñòâóþò íå÷åòíûå òîðàêàëüíûå è ÷åòíûå àáäîìèíàëüíûå ñåãìåíòû (ðèñ.2.37). 3. Ãðóïïà ãåíîâ, êîíòðîëèðóþùèõ ïîëÿðíîñòü ñåãìåíòîâ. Ó ìóòàíòîâ ýòîé ãðóïïû ãåíîâ ÷èñëî ñåãìåíòîâ íåèçìåíåíî, íî ó íèõ ïðîèñõîäèò çàìåùåíèå âíóòðè îäíîãî ñåãìåíòà îäíîãî êîìïàðòìåíòà äðóãèì, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ôîðìèðóåòñÿ çåðêàëüíàÿ ïîëÿðíîñòü (ðèñ.2.37). Ãåíû ñåãìåíòàöèè ÿâëÿþòñÿ ïåðâûìè çèãîòè÷åñêèìè ãåíàìè, êîòîðûå ýêñïðåññèðóþòñÿ íà ñòàäèè ñèíöèòèàëüíîé áëàñòîäåðìû,

Íîðìà

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

T1 T2 T3

1-65 2-8 2-45 2-55 2-62 3-27

T1 T2 T3 Abd 1-8

T2 A1 A3 A5 A7

À6 À7 A8

Kruppel gooseberry even skipped (ïîëÿðíîñòü ñåãìåíòîâ) (ãåí «ïàðíîãî («gap» ãåí) ïðàâèëà»)

Ðèñ.2.37. Ìóòàöèè, âûçûâàþùèå èçìåíåíèå ÷èñëà è ïîëÿðíîñòè ñåãìåíòîâ ó äðîçîôèëû (ïî Nuslein-Volhard and Wreschans, 1980).

ïðèìåðíî çà 2 äåëåíèÿ äî öåëëþëÿðèçàöèè. Âàæíî ïîä÷åðêíóòü òàêæå, ÷òî 3 ãðóïïû ãåíîâ ñåãìåíòàöèè ýêñïðåññèðóþòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíî, ïåðâûìè àêòèâèðóþòñÿ gap ãåíû, çàòåì ãðóïïà pair-rule è, íàêîíåö, ãåíû ïîëÿðíîñòè ñåãìåíòîâ (ðèñ.2.38). Gap ãåíû ïðî÷èòûâàþò

___________________________________________________________________________________

2-45

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Ìàòåðèíñêèå ãåíû óñòàíàâëèâàþò ãðàäèåíòû âäîëü ïåðåäíåçàäíåé îñè «Gap» ãåíû îïðåäåëÿþò 4 øèðîêèõ ðàéîíà â öèòîïëàçìå ÿéöà Ãåíû «ïàðíîãî ïðàâèëà» óñòàíàâëèâàþò ãðàíèöû 7 ïîïåðå÷íûõ ïîëîñ Ãåíû ïîëÿðíîñòè ñåãìåíòîâ óñòàíàâëèâàþò 14 ïîïåðå÷íûõ ïîëîñ

Ðèñ.2.38. Âçàèìîäåéñòâèå ìàòåðèíñêèõ ãåíîâ è ãåíîâ ñåãìåíòàöèè â ðàçíûõ ÷àñòÿõ ýìáðèîíà.

ïîçèöèîííóþ èíôîðìàöèþ, ïîäãîòîâëåííóþ ìàòåðèíñêèìè ãåíàìè, è äåëÿò ýìáðèîí íà 4 ÷àñòè, ãåíû pair-rule àêòèâèðóþòñÿ íåñêîëüêî ïîçäíåå gap ãåíàìè è äåëÿò ýìáðèîí íà 7 ïàðíûõ ñåãìåíòîâ, à ãåíû ïîëÿðíîñòè îïðåäåëÿþò ãðàíèöû èíäèâèäóàëüíûõ ñåãìåíòîâ ê 15-îìó äåëåíèþ (ðèñ.2.38). Áîëüøèíñòâî gap è pair-rule ãåíîâ êîäèðóþò ÿäåðíûå áåëêè, êîòîðûå ôóíêöèîíèðóþò êàê òðàíñêðèïöèîííûå ôàêòîðû, âûïîëíÿþùèå ðîëü ëèáî àêòèâàòîðîâ, ëèáî ðåïðåññîðîâ. Èíîãäà îáå ôóíêöèè ñîâìåùàþòñÿ ó îäíîãî áåëêà, òî åñòü îí âûñòóïàåò êàê àêòèâàòîð äëÿ îäíîãî ãåíà-ìèøåíè, íî êàê ðåïðåññîð - äëÿ

Ðèñ.2.39. Ðàñïðåäåëåíèå áåëêîâûõ ïðîäóêòîâ ãåíîâ hb (hunchback) (à), è Kr (Kruppel) (á) ó ýìáðèîíîâ D. melanogaster íà ñòàäèè êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû. Ïåðåäíèé ïîëþñ ýìáðèîíîâ ñëåâà, à çàäíèé ñïðàâà, âèä ñ äîðçàëüíîé ñòîðîíû. Áåëîê hb âûÿâëåí ñ ïîìîùüþ êðûñèíûõ àíòèòåë, à âèçóàëèçàöèÿ ñ ïîìîùüþ âòîðûõ àíòèòåë - ìå÷åíîé ÔÈÒÖ (ôëþîðåñöåèí-èçîòèîöèàíàòîì) - êîçüåé àíòèñûâîðîòêè ïðîòèâ èììóíîãëîáóëèíîâ êðûñû; áåëîê Kr - âûÿâëåí ñ ïîìîùüþ êðîëü÷èõ àíòèòåë, à âèçóàëèçàöèÿ ñ ïîìîùüþ âòîðûõ àíòèòåë - ìå÷åíîé ÔÈÒÖ (ðîäàìèíèçîòèîöèàíàò) êîçüåé àíòèñûâîðîòêîé ïðîòèâ èììóíîãëîáóëèíîâ êðîëèêà. Ïåðåäíèé äîìåí hb çàíèìàåò 47% äëèíû ýìáðèîíà íà÷èíàÿ ñ ïåðåäíåãî ïîëþñà è èìååòñÿ ïîçèòèâíàÿ ðåàêöèÿ â çàäíåì ïîëþñå (à), Ïîçèöèÿ áåëêà Kr íàõîäèòñÿ ìåæäó 37% è 58% äëèíû ýìáðèîíà (á). â - äâîéíîå ôëþîðåñöåíòíîå îêðàøèâàíèå ñ èñïîëüçîâàíèåì àíòèòåë ê hb è Kr; çîíà ïåðåêðûâàíèÿ hb è Kr îêðàùåíà â æåëòûé öâåò.

äðóãîãî. Íà ðèñ.2.28 è 2.39 ïîêàçàíî

___________________________________________________________________________________

2-46

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ðàñïðåäåëåíèå ïåðâè÷íûõ òðàíñêðèïòîâ ãåíà hunchback (hb) è åãî áåëêîâîãî ïðîäóêòà. Õîðîøî âèäíî, ÷òî îíè ëîêàëèçóþòñÿ â ïåðåäíåì ïîëþñå ýìáðèîíà, õîòÿ ìîæíî âèäåòü òàêæå ïðèñóòñòâèå íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà áåëêà â çàäíåì ïîëþñå. Àêòèâàöèÿ ãåíà hb îñóùåñòâëÿåòñÿ áåëêîì bicoid, êîòîðûé íàïðÿìóþ ñâÿçûâàåòñÿ ñ ñàéòîì ïðîìîòîðà ãåíà hb. Òðàíñêðèïöèÿ hb ãåíà íà÷èíàåòñÿ òîëüêî ïî äîñòèæåíèè ïîðîãîâîé êîíöåíòðàöèè áåëêà bicoid (ðèñ.2.28). Ïîñëåäíåå î÷åíü âàæíî, ïîñêîëüêó áåëîê bicoid èìååò ãðàäèåíò êîíöåíòðàöèè âäîëü ïåðåäíå-çàäíåé îñè, è ýòî àâòîìàòè÷åñêè ïîäðàçóìåâàåò, ÷òî òðàíñêðèïöèÿ ãåíà hb âîçìîæíà òîëüêî â òåõ ðàéîíàõ ýìáðèîíà, ãäå ïîðîãîâàÿ êîíöåíòðàöèÿ áåëêà bicoid äîñòàòî÷íà âûñîêà. Òàêîé ïðîñòîé ìåõàíèçì äåéñòâèÿ ìîðôîãåíà ïîçâîëÿåò ïðîñòðàíñòâåííî îãðàíè÷èâàòü ýêñïðåññèþ ãåíà hb. Èíûìè ñëîâàìè, êîëè÷åñòâåííûå ðàçëè÷èÿ ìîðôîãåíà âäîëü ïåðåäíåçàäíåé îñè òðàíñôîðìèðóþòñÿ â êà÷åñòâåííî ðàçëè÷íûå ñîñòîÿíèÿ ãåíà hb â ðàçíûõ ðàéîíàõ öèòîïëàçìû ýìáðèîíà. Íà ðèñ.2.39 ìîæíî âèäåòü, ÷òî ñëåäóþùàÿ çîíà âäîëü ïåðåäíå-çàäíåé îñè ýìáðèîíà ñîäåðæèò áåëêîâûé ïðîäóêò ãåíà Kr ü ppel (Kr). Òðàíñêðèïöèÿ ãåíà Kr àêòèâèðóåòñÿ áåëêîì hb. Îäíàêî, ïîçèòèâíàÿ ðåãóëÿöèÿ ãåíà Kr áåëêîâûì ïðîäóêòîì ãåíà hb çàâèñèò îò êîíöåíòðàöèè ïîñëåäíåãî; ïðè âûñîêèõ êîíöåíòðàöèÿõ (òàêîé êàê â ïåðåäíåì ïîëþñå) áåëîê hb, íàîáîðîò, èíãèáèðóåò àêòèâíîñòü ãåíà Kr è òåì ñàìûì îáîçíà÷àåò ïåðåäíþþ ãðàíèöó

Ïàðàñåãìåíòû Óðîâíè áåëêîâ hunchback giant

kruppel knirps giant hb tailless

eve óñòàíàâëèâàåò ãðàíèöû íå÷åòíûõ ïàðàñåãìåíòîâ

ftz óñòàíàâëèâàåò ãðàíèöû ÷åòíûõ ïàðàñåãìåíòîâ

Ðèñ.2.40. Ýêñïðåññèÿ «gap» ãåíîâ îïðåäåëÿåò ãðàíèöû ïðèëåæàùèõ ðàéîíîâ ýìáðèîíà. Îíè êîíòðîëèðóþò ýêñïðåññèþ ãåíîâ «ïàðíîãî ïðàâèëà».

ðàñïðåäåëåíèÿ ïðîäóêòîâ ãåíà Kr. Íà ðèñ.2.40 ñõåìàòè÷åñêè ïîêàçàíà ëîêàëèçàöèÿ áåëêîâûõ ïðîäóêòîâ åùå äâóõ gap ãåíîâ - knirps è giant. Áåëîê hb ÿâëÿåòñÿ ðåïðåññîðîì äëÿ ýòèõ ãåíîâ, è ïîòîìó îíè ýêñïðåññèðóþòñÿ â çàäíåé ÷àñòè ýìáðèîíà. Ëþáîïûòíî, ÷òî ìàòåðèíñêèé ãåí nanos âûñòóïàåò êàê ðåïðåññîð ýêñïðåññèè ãåíà hb â çàäíåé ÷àñòè ýìáðèîíà, ÷òî òàêæå îïîñðåäîâàíî îãðàíè÷èâàåò ïðîñòðàíñòâåííóþ ëîêàëèçàöèþ áåëêîâ knirps è giant òîëüêî çàäíèì

___________________________________________________________________________________

2-47

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ïîëþñîì (ðèñ.2.40). Íà ðèñ.2.38 è 2.40 ïîêàçàíà òðàíñôîðìàöèÿ 4-õ çîí ëîêàëèçàöèè áåëêîâûõ ïðîäóêòîâ gap ãåíîâ â 7ïîëîñíûé ñïåêòð ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïðîäóêòîâ ãåíîâ pairrule. Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, ïåðåäíÿÿ ãðàíèöà ðàñïðåäåëåíèÿ áåëêà Kr îïðåäåëÿåòñÿ âûñîêîé êîíöåíòðàöèåé áåëêà hb. Ýòî ñîîòâåòñòâóåò çîíå ïîÿâëÿþùåãîñÿ ïîçäíåå ïàðàñåãìåíòà 3. Îäíàêî, áåëîê hb â óìåðåííîé êîíöåíòðàöèè íåîáõîäèì äëÿ ýêñïðåññèè ãåíà Kr è ïîòîìó çàäíÿÿ ãðàíèöà ðàñïðåäåëåíèÿ Kr çàêàí÷èâàåòñÿ â ìåñòå ëîêàëèçàöèè áóäóùåãî ïàðàñåãìåíòà 5 (ðèñ.2.40 ). Òàêèì æå ñõîäíûì îáðàçîì, ãåí giant îãðàíè÷èâàåò ýêñïðåññèþ hb â çàäíåì ïîëþñå, ÷òî â ñâîþ î÷åðåäü îïðåäåëÿåò ëîêàëèçàöèþ áåëêà knirps, ïîñêîëüêó ãåí knirps èíãèáèðóåòñÿ áåëêîì hb (ðèñ.2.40). Âàæíî ïîä÷åðêíóòü, ÷òî âñå îïèñàííûå ñîáûòèÿ ïðîèñõîäÿò íà ñòàäèè ñèíòèöèàëüíîé áëàñòîäåðìû è ñëåäîâàòåëüíî òå èëè èíûå ãðàíèöû ðàñïðåäåëåíèÿ ïðîäóêòîâ gap ãåíîâ â îáùåé öèòîïëàçìå âûÿâëÿþòñÿ ëèøü íà ìîëåêóëÿðíûì óðîâíå, òî åñòü äî ôîðìèðîâàíèÿ áóäóùèõ ìîðôîëîãè÷åñêèõ ñòðóêòóð. Ïåðâûìè ãåíàìè èç ãðóïïû pair-rule ýêñïðåññèðóþòñÿ ãåíû hairy (h) è even-skipped (eve). Ïåðâè÷íûå òðàíñêðèïòû ýòèõ ãåíîâ ïîÿâëÿþòñÿ â èíòåðôàçå 14-ãî äåëåíèÿ, íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä öåëëþëÿðèçàöèåé. Âîçìîæíî ýòî êëþ÷åâûå ãåíû â ñòàíîâëåíèè ñåãìåíòàöèè, ïîñêîëüêó îíè óñòàíàâëèâàþò ãðàíèöû ñåãìåíòîâ è âëèÿþò íà ýêñïðåññèþ äðóãèõ ãåíîâ ýòîé ãðóïïû. Íà ðèñ.2.41 ïîêàçàíî

Ðèñ.2.41. Ðàñïðåäåëåíèå áåëêîâûõ ïðîäóêòîâ ãåíîâ eve (even-skipped) (à), è h (hairy) (á) â ÿäðàõ ýìáðèîíîâ íà ñòàäèè êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû. Áåëêè h è eve âûÿâëåíû ñ ïîìîùüþ ïåðâè÷íûõ êðûñèíûõ è êðîëè÷üèõ àíòèòåë, ñîîòâåòñòâåííî, à âèçóàëèçàöèÿ ñ ïîìîùüþ âòîðûõ àíòèòåë ìå÷åíûõ ÔÈÒÖ (à) èëè ÐÈÒÖ (á). â - ðåçóëüòàòû äâîéíîãî ôëþîðåñöåíòíîãî îêðàøèâàíèÿ áåëêîâ h è eve. Ñòðåëêè ïîêàçûâàþò ïî ìåíüøåé ìåðå äâà ðÿäà ÿäåð ñ ïîçèòèâíîé îêðàñêîé (æåëòûé öâåò) íà áåëîê h, ïðåäñòàâëÿþò ïåðåäíþþ ãðàíèöó áåëêîâûõ ïîëîñ eve.

ðàñïðåäåëåíèå áåëêîâûõ ïðîäóêòîâ ãåíîâ h è eve. Õîðîøî âèäíî, ÷òî êàæäûé èç íèõ ôîðìèðóåò 7 ïîïåðå÷íûõ ïîëîñ (â ãîëîâíîì êîíöå ýìáðèîíà íàõîäèòñÿ íåáîëüøàÿ çîíà ëîêàëèçàöèè áåëêà h), ïðè ýòîì îíè ëèáî íå ïåðåêðûâàþòñÿ, ëèáî ïåðåêðûâàþòñÿ ÷àñòè÷íî (ðèñ.2.41). Ðåçóëüòàòîì òàêîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ôîðìèðóåòñÿ êàê áû 7 ïàðíûõ ïîëîñ, ñîñòîÿùèõ èç 2-õ òåñíî ïðèëåæàùèõ ê äðóã äðóãó. Ðàñïîëîæåíèå ýòèõ 7 ïîëîñ

___________________________________________________________________________________

2-48

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ñîîòâåòñòâóåò ëîêàëèçàöèè áóäóùèõ ïàðàñåãìåíòîâ, ïðè÷åì áåëîê eve ìàðêèðóåò ëîêàëèçàöèþ íå÷åòíûõ ïàðàñåãìåíòîâ, à h ÷åòíûõ (ðèñ.2.41). Â ïðîöåññå ïåðåõîäà ðàííåé áëàñòîäåðìû ê ãàñòðóëÿöèè ïîÿâëÿþòñÿ áåëêîâûå ïðîäóêòû ãåíà fushi tarazu (ftz), êîòîðûå ëîêàëèçóþòñÿ â ÿäðàõ êëåòîê, êîòîðûå, â ñâîþ î÷åðåäü, îáðàçóþò 7 ïîëîñ øèðèíîé â 3-4 êëåòêè (ðèñ.2.42 ). Òàêèì îáðàçîì, ãðàíèöû ÷åòíûõ ïàðàñåãìåíòîâ, î÷åð÷åííûå áåëêîâûìè ïðîäóêòàìè ãåíà h, òðàíñôîðìèðóþòñÿ â ñòðóêòóðû ñ êëåòî÷íîé îðãàíèçàöèåé, êîòîðûå äàäóò íà÷àëî áóäóùèì ñåãìåíòàì. Èíòåðåñíî îòìåòèòü, ÷òî ïåðâîíà÷àëüíî ýêñïðåññèÿ ãåíà ftz ïðîèñõîäèò ðàâíîìåðíî âî âñåõ êëåòêàõ ýìáðèîíà. Ôîðìèðîâàíèå îïèñàííûõ âûøå 7 ïîëîñ ïðîèñõîäèò áëàãîäàðÿ ñïåöèôè÷åñêîé äåãðàäàöèè èÐÍÊ â êëåòêàõ ìåæäó ïîëîñàìè â ïåðåäíåé è çàäíåé ÷àñòÿõ ýìáðèîíà. Êàê òîëüêî îôîðìëÿþòñÿ ýòè ïîëîñû, òðàíñêðèïöèÿ ãåíà ftz ïðåêðàùàåòñÿ, òî åñòü ýêñïðåññèÿ íîñèò êðàòêîâðåìåííûé òðàíçèòîðíûé õàðàêòåð. Ðåãóëÿöèÿ ýêñïðåññèè ãåíà eve îñóùåñòâëÿåòñÿ íà äðóãîé îñíîâå, íåæåëè ftz. Âî-ïåðâûõ, åãî ýêñïðåññèÿ ðåãóëèðóåòñÿ íåçàâèñèìî â êàæäîé èíäèâèäóàëüíîé ïîëîñå. Íà ðèñ.2.43 ïðèâåäåíà ñõåìà ðåãóëÿöèè ãåíà eve â ïîëîñå 2, êîòîðàÿ äàñò íà÷àëî ðàçâèòèþ ïàðàñåãìåíòà 3. Òðàíñêðèïöèÿ eve àêòèâèðóåòñÿ áåëêàìè hunchback è bicoid, íî ïðîñòðàíñòâåííûå ãðàíèöû äåéñòâèÿ ãåíà eve îïðåäåëÿþòñÿ ðåïðåññîðàìè, ïåðåäíÿÿ - giant, à çàäíÿÿ - Kruppel (ðèñ.2.43). Êðîìå òîãî,

Ðèñ.2.42. Òðàíñêðèïòû ãåíà ftz+ ëîêàëèçóþòñÿ â âèäå ïîïåðå÷íûõ ïîëîñ ñîîòâåòñòâóþùèõ ÷åòêèì ïàðàñåãìåíòàì. Ó ìóòàíòîâ ïî ãåíó ftz íå îáðàçóþòñÿ ýòè 7 ïîëîñ.

ïðîìîòîð ãåíà eve èìååò ñëîæíóþ îðãàíèçàöèþ, êîòîðàÿ äåëàåò Ïîëîñà 2 (ïàðàñåãìåíò 3) è îêðàøèâàþùèå åå áåëêè giant hunchback

ïîëîñà eve

Kruppel

bicoid Ìóòàöèÿ áåëêàìè hunchback è bicoid

ðåïðåññèÿ áåëêîì ðåïðåññèÿ áåëêîì giant Kruppel Ñàéòû ñâÿçûâàíèÿ áåëêîâ â ïðîìîòîðå, êîòîðûé êîíòðîëèðóåò îáðàçîâàíèå ïîëîñû 2 ðåïðåññèÿ áåëêîì giant ðåïðåññèÿ áåëêîì Kruppel àêòèâàöèÿ áåëêîì hunchback àêòèâàöèÿ áåëêîì bicoid

ïðîìîòîð eve -1550 ï.î. -1070

Ðèñ.2.43. Ïîÿâëåíèå ïîëîñû eve â ïàðàñåãìåíòå 3 ïðîèñõîäèò áëàãîäàðÿ àêòèâàöèè áåëêàìè hunchback è bicoid. Ðåïðåññèÿ áåëêîì giant óñòàíàâëèâàåò ïåðåäíþþ ãðàíèöó, à ðåïðåññèÿ áåëêîì Kruppel çàäíþþ ãðàíèöó. ___________________________________________________________________________________

2-49

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ âîçìîæíûì åãî äèôôåðåíöèàëüíîå î ôóíêöèîíèðîâàíèå â èíäèâèäóàëüíûõ ïîëîñàõ. Íà ðèñ.2.43 ìîæíî âèäåòü, ÷òî íà ó÷àñòêå ïðîìîòîðà ãåíà eve ñ -1550 ïî -1070 ï.î. íàõîäèòñÿ ñâûøå 10 ñàéòîâ ñâÿçûâàíèÿ ëèáî àêòèâàòîðîâ (bicoid, hunchback), ëèáî ðåïðåññîðîâ (giant, Kr). Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, ëîêàëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ êàæäîãî èç ýòèõ ðåãóëÿòîðíûõ áåëêîâ çíà÷èòåëüíî âàðüèðóåò, è ýòî ñîçäàåò ïðåäïîñûëêè äëÿ âîçíèêíîâåíèÿ óíèêàëüíûõ êîìáèíàöèé âçàèìîäåéñòâèÿ ýòèõ áåëêîâ ñ ñàéòàìè ïðîìîòîðà ãåíà eve â êàæäîé èíäèâèäóàëüíîé ïîëîñå. Ýêñïðåññèÿ ãåíîâ pair-rule îïðåäåëÿåò ìîëåêóëÿðíûå ãðàíèöû ïàðàñåãìåíòîâ. Ñëåäóþùåé ñòàäèåé ôîðìèðîâàíèè ñåãìåíòîâ ÿâëÿåòñÿ óñòàíîâëåíèå èõ ïîëÿðíîñòè. Ïîâèäèìîìó, êëþ÷åâûìè ãåíàìè â óñòàíîâëåíèè ïîëÿðíîñòè ñåãìåíòîâ ÿâëÿþòñÿ ãåíû engrailed (en) è wingless (wg). Ýêñïðåññèÿ ãåíà en íåîáõîäèìà âî âñåõ ñåãìåíòàõ äëÿ ðàçãðàíè÷åíèÿ À è Ð êîìïàðòìåíòîâ. Åãî àêòèâíîñòü ïðîÿâëÿåòñÿ òîëüêî â êîìïàðòìåíòå Ð, íî íå À. Áåëêîâûé ïðîäóêò ãåíà en ëîêàëèçóåòñÿ â óçêîé çîíå êîìïàðòìåíòà Ð øèðèíîé òîëüêî â îäèí ðÿä êëåòîê. Ðèñ.2.44 ïîêàçûâàåò ëîêàëèçàöèþ áåëêà en, âûÿâëÿåìóþ ñ ïîìîùüþ ìîíîêëîíàëüíûõ ñïåöèôè÷åñêèõ àíòèòåë. Ëåãêî çàìåòèòü, ÷òî äåéñòâèòåëüíî òîëüêî îäèí ðÿä êëåòîê î÷åð÷èâàåò ïåðåäíþþ ãðàíèöó ïàðàñåãìåíòà Ð â êàæäîì èç 14 ñåãìåíòîâ. Ýêñïðåññèÿ ãåíà en èñêëþ÷èòåëüíî âàæíà, ïîñêîëüêó îïðåäåëÿåò ãðàíèöû êîìïàðòìåíòîâ, èç êîòîðûõ ðàçîâüþòñÿ áóäóùèå äåôèíèòèâíûå ñòðóêòóðû

Ðèñ.2.44. Ëîêàëèçàöèÿ áåëêà engrailed íàáëþäàåòñÿ â ÿäðàõ è ïîëîñû ïðåäñòàâëåíû òîëüêî îäíèì ðÿäîì êëåòîê.

èìàãî. Èçíà÷àëüíî îäèí ðÿä êëåòîê îáðàçóþòñÿ ó ïåðåäíåé ãðàíèöû ïîëîñ ftz è eve, òî åñòü òàì, ãäå áóäåò ïåðåäíÿÿ ãðàíèöà êîìïàðòìåíòîâ Ð. Êàêèå ìåõàíèçìû ëåæàò â îñíîâå òàêîãî òî÷íîãî ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïðîäóêòîâ ãåíà en? Ñóùåñòâóþò äâå ìîäåëè, îáúÿñíÿþùèå ýòîò ôåíîìåí. Ñîãëàñíî ïåðâîé ìîäåëè ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ðàçëè÷íûå pairrule ãåíû ýêñïðåññèðóþòñÿ â âèäå ïåðåêðûâàþùèõñÿ çîí âäîëü ïåðåäíå-çàäíåé îñè ýìáðèîíà. Â ðåçóëüòàòå òàêèõ ïåðåêðûâàþùèõñÿ çîí àêòèâíîñòè ãåíîâ pair-rule âîçíèêàþò èõ ðàçëè÷íûå óíèêàëüíûå êîìáèíàöèè, êîòîðûå îïðåäåëÿþò îòâåòíóþ ðåàêöèþ êëåòîê íà ñëåäóþùåé ñòàäèè ðàçâèòèÿ. Èíûìè ñëîâàìè, ãåíû ïîëÿðíîñòè êîíòðîëèðóåòñÿ ãåíàìè pair-rule ïîäîáíî òîìó (êàê îïèñàíî âûøå), êàê ãåíû gap êîíòðîëèðóþò ýêñïðåññèþ ãåíîâ pair-rule. Âòîðàÿ ìîäåëü ïðåäïîëàãàåò,÷òî ãðàíèöû êîìïàðòìåíòîâ óñòàíàâëèâàþòñÿ ïóòåì ìåæêëåòî÷íûõ âçàèìîäåéñòâèé, íàïðèìåð, ìåæäó êëåòêàìè, â êîòîðûõ ýêñïðåññèðóåòñÿ ãåí ftz èëè eve, è êëåòêàìè, â êîòîðûõ îòñóòñòâóåò

___________________________________________________________________________________

2-50

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ýêñïðåññèÿ ýòèõ ãåíîâ, ÷òî ÿâëÿåòñÿ òðèããåðîì äëÿ ýêñïðåññèè ãåíà en. Áåëêîâûé ïðîäóêò ãåíà en ÿâëÿåòñÿ òðàíñêðèïöèîííûì ôàêòîðîì, òî åñòü âûñòóïàåò â ðîëè ðåãóëÿòîðà àêòèâíîñòè äðóãèõ ãåíîâ. Äðóãîé ãåí ïîëÿðíîñòè wingless êîäèðóåò áåëîê, êîòîðûé ñåêðåòèðóåòñÿ è íàêàïëèâàåòñÿ âáëèçè êëåòêè, ÷òî ïîçâîëÿåò îñóùåñòâëÿòü ëîêàëüíî âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ïðèëåæàùèìè êëåòêàìè. Ïåðâîíà÷àëüíî wg ýêñïðåññèðóåòñÿ â ðÿäó êëåòîê, íåïîñðåäñòâåííî íàõîäÿùèõñÿ âïåðåäè êëåòîê, ñîäåðæàùèõ áåëîê en, â ðåçóëüòàòå ÷åãî óñòàíàâëèâàåòñÿ çàäíÿÿ ãðàíèöà âïåðåäè-ïðèëåæàùåãî ïàðàñåãìåíòà. Ëþáîïûòíî, ÷òî ãåí en àêòèâèðóåòñÿ áåëêàìè eve è ftz, íî çàòåì ñ íà÷àëîì ñåêðåöèè wg òðàíñêðèïöèÿ ãåíà en êîíòðîëèðóåòñÿ áåëêîì wg. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ íåäîñòàòî÷íî èçó÷åíà ðîëü äðóãèõ ãåíîâ ïîëÿðíîñòè â ñòàíîâëåíèè ñåãìåíòàöèè. Ýòî äîâîëüíî ãåòåðîãåííàÿ ãðóïïà ãåíîâ, êîäèðóþùèõ ñåêðåòîðíûå áåëêè, áåëêè öèòîñêåëåòà, òðàíñìåìáðàííûå áåëêè è êèíàçû, à òàêæå òðàíñêðèïöèîííûå ôàêòîðû, íî èõ äåéñòâèå ðåàëèçóåòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî ÷åðåç ìåæêëåòî÷íûå âçàèìîäåéñòâèÿ.

ðàêîîáðàçíîãî - â àíòåííó, ëåïåñòêà - â òû÷èíêó è òîìó ïîäîáíîå - âñå ýòî ïðèìåðû îäíîãî ðîäà. Æåëàòåëüíî è äàæå íåîáõîäèìî, ÷òîáû òàêèå èçìåíåíèÿ, ñîñòîÿùèå â òîì, ÷òî îäèí èç ÷ëåíîâ ðÿäà ìåðèñòåìíûõ ñòðóêòóð ïðèíèìàåò ôîðìó èëè ïðèîáðåòàåò ïðèçíàêè, ñâîéñòâåííûå äðóãèì ÷ëåíàì ðÿäà, áûëè âûäåëåíû â îñîáóþ ãðóïïó ÿâëåíèé...Ïîýòîìó ÿ ïðåäëàãàþ....òåðìèí ãîìåîçèñ..., ïîñêîëüêó ãëàâíîå çäåñü íå â òîì, ÷òî ïðîèçîøëî íåêîå èçìåíåíèå, à â òîì, ÷òî îäíî, èçìåíèâøèñü, ïðèîáðåëî ñõîäñòâî ñ ÷åì-òî äðóãèì. Áýòñîí âûäåëÿåò èçìåí÷èâîñòü ãîìåîçèñíîãî òèïà â îñîáóþ êàòåãîðèþ, ïîä÷åðêèâàÿ ïðåâðàùåíèå îäíîé ìåòàìåðíîé ñòðóêòóðû â äðóãóþ. Òàêèì îáðàçîì, ñàìè ïî ñåáå ãîìåîçèñíûå ïðåâðàùåíèÿ íå ñîçäàþò íè÷åãî íîâîãî â îíòîãåíåçå, íî îíè èçìåíÿþò õàðàêòåð ðåãèîíàëüíîãî ðàçâèòèÿ ýìáðèîíà. Â ñëó÷àå äðîçîôèëû ê òàêîé êàòåãîðèè îòíîñÿòñÿ ìóòàöèè, âûçûâàþùèå ïðåâðàùåíèå ñòðóêòóð, õàðàêòåðíûõ äëÿ îäíîãî ñåãìåíòà, â ñòðóêòóðû, ñâîéñòâåííûå

2.2.3. Ãîìåîçèñíûå ãåíû è èõ ðîëü â ðàçâèòèè. Òåðìèí ãîìåîçèñ áûë ââåäåí Óèëüÿìîì Áýòñîíîì áîëåå 100 ëåò íàçàä. Â ñâîåé êíèãå Ìàòåðèàëû ê èçó÷åíèþ èçìåí÷èâîñòè, èçäàííîé â 1894 ã., Áýòñîí òàê îáîñíîâûâàë Ðèñ.2.45. ×åòûðåõ-êðûëàÿ ìóõà ðàçâèâàåòñÿ ââåäåíèå ýòîãî ïîíÿòèÿ: Ïðåâðàùåíèå èç ÿèö ãåíîòèïà abx, bx è pbx. àíòåííû íàñåêîìîãî â íîãó, ãëàçà

___________________________________________________________________________________

2-51

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ãîìåîáîêñ pb

à

zen

3

á

Dfd

ftz Scr

C

300êá >200êá 84AB 89E1-89E4 Ant-C BX-C tpl

Antp

dsx

ãîìåîáîêñ bx

Ubx bxd pbx

iab-2 iab-5 iab-6 iab-7 iab-8

Ubx-äîìåí (Ò2ð--Abl0) Abdominal A Abdominal B äîìåí (Ablp-4) äîìåí (Ab4-II)

â

ã

Ðèñ.2.46. A, Á - ãîëîâà èìàãî äèêîãî òèïà ïðè ðàçíîì óâåëè÷åíèè. Â - ìóòàöèÿ Antp, ïðè êîòîðîé àíòåííû òðàíñôîðìèðóþòñÿ â äâå ïàðû íîã; Ã - ìóòàöèÿ probocipedia, ïðåâðàùåíèå ãóáû â òàðçóñ.

áëèçëåæàùèì ñåãìåíòàì. Íàèáîëåå ÿðêèìè ïðèìåðàìè ãîìåîçèñíûõ ïðåâðàùåíèé ÿâëÿþòñÿ ðàçâèòèå çàäíåãðóäè ïî òèïó ñðåäíåãðóäè, ñîïðîâîæäàþùååñÿ ïðåâðàùåíèåì æóææàëèö âî âòîðóþ ïàðó êðûëüåâ, èëè ðàçâèòèå íà ãîëîâå âìåñòî àíòåííû èëè ùóïèêîâ ïåðåäíåé ïàðû íîã. Íà ðèñ.2.45 ïîêàçàíû ýôôåêòû ìóòàöèé bithorax (bx), postbithorax (pbx) è anteriobithorax (abx) (Ubx). Êîìïàóíä ïî ýòèì ìóòàöèÿì èìååò 4-å ïàðû êðûëüåâ è ðàçâèòóþ çàäíåãðóäü, ïîêàçûâàÿ ñõîäñòâî ñ ïðåäñòàâèòåëÿìè äðóãîãî òàêñîíà - òåòðàïòåðà. Â äàííîì ñëó÷àå, ìóòàöèè âûçûâàþò èçìåíåíèå íàïðàâëåíèÿ ðàçâèòèÿ 3-ãî ãðóäíîãî ñåãìåíòà ïî ïóòè 2-ãî òîðàêàëüíîãî ñåãìåíòà. Íà ðèñ.2.46 ïîêàçàíû ãîìåîçèñíûå ïðåâðàùåíèÿ âûçâàííûå ìóòàöèÿìè Antennapedia (Antp) è proboscipedia (pb). Õîðîøî âèäíî, ÷òî àíòåííà ðàçâèâàåòñÿ â íîãè, à ïñåâäîòðàõåàëüíûå ðÿäû

Ðèñ.2.47. Ñõåìà îðãàíèçàöèè êîìïëåêñà BXC è ANT-Ñ íà òðåòüåé õðîìîñîìå äðîçîôèëû. Ðàñïðåäåëåíèå ãîìåîáîêñîâ (çà÷åðíåíû) â êîìïëåêñàõ (áåëûå).

ìèêðîùåòèíîê íèæíåé ãóáû ïðåâðàùàþòñÿ â àðèñòû è êîíöåâûå ñòðóêòóðû àíòåííû. Òàêîãî ðîäà ìóòàöèè íå ìîãëè íå ïðèâëå÷ü âíèìàíèå ãåíåòèêîâ, ïîñêîëüêó ïðåäñòàâëÿëàñü óíèêàëüíàÿ âîçìîæíîñòü èññëåäîâàòü ôóíêöèþ ãåíîâ, êîíòðîëèðóþùèõ ðàçâèòèå ñåãìåíòîâ, îïðåäåëÿþùèõ èõ ñóòü. Ó äðîçîôèëû ãîìåîçèñíûå ãåíû ïðåäñòàâëåíû äâóìÿ êëàñòåðàìè ãåíîâ èëè, êàê â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðèíÿòî ãîâîðèòü, äâóìÿ êîìïëåêñàìè ãåíîâ, BX-C (Bithorax-Complex) è ANT-C (Antennapedia-Complex). Íà ðèñ.2.47 ïîêàçàíà ëîêàëèçàöèÿ è îðãàíèçàöèÿ ãåíîâ êîìïëåêñîâ ANT-C è BX-C â ïðàâîì ïëå÷å 3-é õðîìîñîìû. Âèäíî, ÷òî êîìïëåêñ ANT-C ðàñïîëîæåí â ðàéîíå 84ÀÂ è èìååò ðàçìåðû îêîëî 350 òûñ.ï.î. Íà ðèñ.2.48 ïîêàçàí ðàéîí 84ÀÂ íà öèòîãåíåòè÷åñêîé êàðòå 3-é õðîìîñîìû. Âèäíî, ÷òî ýòîò ðàéîí ñîñòîèò èç 2-õ êðóïíûõ äèñêîâ. Êîìïëåêñ ÂÕ-Ñ íàõîäèòñÿ â ðàéîíå 89ÅI - 89E4 è èìååò ðàçìåðû áîëåå 200

___________________________________________________________________________________

2-52


Ðèñ.2.48. Ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå ó÷àñòêîâ ïîëèòåííûõ õðîìîñîì D. melanogaster, â êîòîðûõ ðàñïîëîæåíû êîìïëåêñû ANT-C (A) è ÂÕ-Ñ (Á). Ðàñïîëîæåíèå ìóòàöèé â êîìïëåêñàõ: pb - proboscipedia, Dfd - Deformed, ftz - fishi-tarazu, S - Sex comb reduced, Antp Antennapedia, abx - anteriobithorax, bx - bithorax, Cbx - Contrabithorax, Ubx - Ultrabithorax, bxd - bithoraxoid, pbx - postbithorax, Hab - Hyperabdomonal, Uab - Ultraabdominal, Mcp - Miscadestral - pigmentation, tuh - tumorous hed, iab - infraabdominal

òûñ.ï.î. Íà ðèñ.2.48 ïîêàçàí ðàéîí ëîêàëèçàöèè êîìïëåêñà ANT-C íà öèòîãåíåòè÷åñêîé êàðòå 3-é õðîìîñîìû. Ýòîò ðàéîí ïðåäñòàâëåí äâóìÿ êðóïíûìè äèñêàìè è îäíèì ìèíîðíûì. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ â êîìïëåêñå ANT-C èäåíòèôèöèðîâàíî 9 ãåíîâ, ðàïîëîæåííûõ â ñëåäóþùåì ïîðÿäêå

ñëåâà íàïðàâî (ðèñ.2.51): labial (lab), proboscipedia (pb), zerknült (zen), bicoid (bcd), ama, Deformed (Dfd), Sex combs reduced (Scr), fushi tarazu (ftz) è Antennapedia (Ant). Cëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ãåíû bcd, zen, ftz (ôóíêöèè ýòèõ ãåíîâ â ðàííåì ðàçâèòèè îïèñàíû âûøå) è ama õîòÿ è íàõîäÿòñÿ â êîìïëåêñå ANT-C, íî îíè íå ÿâëÿþòñÿ

___________________________________________________________________________________

2-53

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ãîìåîçèñíûìè ãåíàìè (ðèñ.2.51); ê ñîáñòâåííî ãîìåîçèñíûì ãåíàì îòíîñÿòñÿ òîëüêî 5 ãåíîâ: lab, pb, Dfd, Scr è Ant. Ìóòàöèè èìåííî ýòèõ ãåíîâ âûçûâàþò ãîìåîçèñíûå ýôôåêòû: lab âûçûâàåò ïîÿâëåíèå íà íèæíåé ãóáå àðèñò, ýôôåêò pb ïðîÿâëÿåòñÿ â ïðåâðàùåíèè íèæíåãóáíîãî ñåãìåíòà â ïåðåäíþþ íîãó, ïðè ìóòàöèè Dfd íå ðàçâèâàåòñÿ ìàíäèáóëÿðíûé ñåãìåíò, Scr âûçûâàåò òðàíñôîðìàöèþ ïåðåäíåãðóäè â ñðåäíåãðóäü, à Antp, êàê îïèñàíî âûøå, èçìåíÿåò ðàçâèòèå ñåãìåíòîâ Ò2 è Ò3 ïî òèïó Ò1 (ðèñ.2.51). Äåëåöèÿ âñåãî êîìïëåêñà ãåíîâ ANT-C âûçûâàåò òðàíñôîðìàöèþ Ò2, Ò3 è äâóõ ãîëîâíûõ ñåãìåíòîâ (ìàêñèëÿðíûé è íèæíåãóáíîé) â Ò1. Ëåãêî çàìåòèòü, ÷òî ôîêóñ äåéñòâèÿ ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ ANT-C îãðàíè÷åí ñàìûìè ïåðåäíèìè ñåãìåíòàìè òåëà ýìáðèîíà: ãîëîâíûìè è 3-ìÿ òîðàêàëüíûìè (ïàðàñåãìåíòû 1-4) (ðèñ.2.51). Êîìïëåêñ ãåíîâ BX-C ïîêàçàí íà ðèñ.2.47 è 2.49. Ôîêóñ äåéñòâèÿ ãåíîâ ýòîãî êîìïëåêñà ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ îò ñåãìåíòà Ò2 äî À8, òî åñòü ýòè ãåíû îñóùåñòâëÿþò êîíòðîëü ðàçâèòèÿ ñòðóêòóð áîëüøåé ÷àñòè òåëà èìàãî. Â îòëè÷èè îò êëàñòåðà ãåíîâ ANT-C, êîìïëåêñ BX-C ñîäåðæèò òîëüêî 3 ãåíà, è âñå îíè ãîìåîçèñíîãî òèïà: Ultrabithorax (Ubx), abdominal A (abdA) è abdominal B (abdB) (ðèñ.2.49). Èñòîðè÷åñêè òàê ñëîæèëîñü, ÷òî êîìïëåêñ BX-C ïðèíÿòî äåëèòü íà 2 äîìåíà: Ultrabithorax è Infraabdominal, êîòîðûé â ñâîþ î÷åðåäü ñîñòîèò èç äâóõ ñóáäîìåíîâ, abdA è abdB (ðèñ.2.47 è 2.49). Ëåãêî ìîæíî çàìåòèòü, ÷òî äîìåí Ubx è ñóáäîìåíû abdA è abdB

ñîîòâåòñòâóþò ãåíàì Ubx, abdA è abdB, ñîîòâåòñòâåííî (ðèñ.2.49). Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî â ïðîöåññå ýâîëþöèè äîìåí Ubx ïîÿâèëñÿ ïåðâûì, à çàòåì â ðåçóëüòàòå äâóõ ðàóíäîâ äóïëèêàöèè ïîÿâèëñÿ Infraabdominal. Ìóòàöèè äîìåíà Ubx âûçûâàþò ãîìåîçèñíûå ïðåâðàùåíèÿ, îãðàíè÷åííûå ðàéîíîì îò Ò2Ð äî À1À (ïàðàñåãìåíòû 5-6) (ðèñ.2.49), ýôôåêòû ìóòàöèè äîìåíà abdA ïðîÿâëÿþòñÿ â ðàéîíå îò À1Ð äî À4 (ïàðàñåãìåíòû 79), à abdB îò À4 äî À8 (ïàðàñåãìåíòû 9-14) (ðèñ.2.49 ). Ñëåäóåò îñòàíîâèòüñÿ íà õàðàêòåðèñòèêå ìóòàöèé êîìïëåêñà BX-C. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ èçâåñòíî, ÷òî ýòè ìóòàöèè èìåþò ðàçíîå ïðîèñõîæäåíèå, îäíè ìóòàöèè çàòðàãèâàþò êîäèðóþùóþ ÷àñòü ãåíîâ Ubx, abdA è abdB, òîãäà êàê äðóãèå öèñ-äåéñòâóþùèå ðåãóëÿòîðíûå ñàéòû ýòèõ ãåíîâ. Íà ðèñ.2.48 è 2.49 ïîêàçàíû ñàéòû ìóòàöèé Ñontrabithorax (Ñbx), anterabithorax (abx), bithorax (bx), bithoraxoid (bxd) è postbithorax (pbx), êîòîðûå íàõîäÿòñÿ âíå êîäèðóþùåé ÷àñòè ãåíà Ubx, íî âîâëåêàþò ðåãóëÿòîðíûå ñàéòû â öèñ-ïîëîæåíèè, èíîãäà ðàñïîëîæåííûå íà ðàññòîÿíèè äî 10 òûñ.ï.î. îò êîäèðóþùåé ÷àñòè ãåíà. Ýôôåêòû íåêîòîðûõ èç ýòèõ ìóòàöèé ïîêàçàíû ñëåâà ââåðõó ðèñ.2.49. Äåëåöèÿ ñàìîãî ãåíà Ubx âûçûâàåò òðàíñôîðìàöèþ ñåãìåíòîâ Ò3 è À1 â Ò2. Òàêîãî æå ñîðòà ìóòàöèè îïèñàíû â ñóáäîìåíå abdA (ìóòàöèè ñåðèè infraabdominal: iab2, iab3 è iab4) è â abdB (iab5, iab6, iab7 è iab8). Ôîêóñ äåéñòâèÿ ýòèõ ìóòàöèé ïðåäñòàâëåí ñïðàâà ââåðõó ðèñ.2.49. Äåëåöèÿ âñåãî æå êîìïëåêñà BX-C âûçûâàåò ïðåâðàùåíèå âñåõ àáäîìèíàëüíûõ è Ò3 â ñåðèþ ñåãìåíòîâ òèïà Ò2.

___________________________________________________________________________________

2-54

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Êîìïëåêñ BC-C ñîäåðæèò 3 òðàíñêðèáèðóþùèõñÿ ãåíà. Ñåðèÿ ìóòàöèé â ðåãóëÿòîðíûõ çîíàõ ýòèõ ãåíîâ âûçûâàåò ãîìåîçèñíûå ïðåâðàùåíèÿ àáäîìèíàëüíûõ ñåãìåíòîâ. Ìåñòà ìóòàöèé (äåëåöèé, èíñåðöèé è òðàíñëîêàöèé) ïîêàçàíû íà ìîëåêóëÿðíîé êàðòå BX-C. Ìóòàöèè

Ìóòàöèè

abx bx bxd

iab6 iab5 iab4 iab3 iab2

òðàíñôîðìàöèÿ Ò2Ð/Ò3À â Ò2 òðàíñôîðìàöèÿ Ò3À â Ò2À òðàíñôîðìàöèÿ A1A â Ò3À

cxb abx bx

òðàíñôîðìàöèÿ À6 è À5 òðàíñôîðìàöèÿ À5 â À4 òðàíñôîðìàöèÿ À4 â À3 òðàíñôîðìàöèÿ À3 â À2 òðàíñôîðìàöèÿ À2 â À1

bxd pbx iab2

iab4 iab5 iab6 iab7 iab8

Ìóòàöèè Ìóòàöèè, ñâÿçàííûå ñ ýêñïðåññèåé Ubx

Òðàíñêðèïòû

Ubx 3.2 êá 4.3 êá 50

100

Ìóòàöèè, ñâÿçàííûå ñ ýêñïðåññèåé AbdA,B

AbdA

150

200

AbdB

250

300

êá

Ubx AbdA AbdB

Ðèñ.2.49. Êîìïëåêñ BX-C ñîäåðæèò 3 òðàíñêðèáèðóþùèñÿ ãåíà. Ñåðèÿ ìóòàöèé â ðåãóëÿòîðíûõ çîíàõ ýòèõ ãåíîâ âûçûâàþò ãîìåîçèñíûå ïðåâðàùåíèÿ àáäîìèíàëüíûõ ñåãìåíòîâ. Ñàéòû ìóòàöèé (äåëåöèé, èíñåðöèé è òðàíñëîêàöèé) ïîêàçàíû íà ìîëåêóëÿðíîé êàðòå BX-C.

Âàæíåéøàÿ è óíèêàëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêà îáîèõ êîìïëåêñîâ ANT-C è BX-C, çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ÷åì ïðàâåå ðàñïîëîæåí ãåí â

êîìïëåêñå, òåì ñèëüíåå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ åãî ýôôåêò â ñòîðîíó çàäíèõ ÷àñòåé òåëà ëè÷èíêè èëè èìàãî, òî åñòü íàáëþäàåòñÿ êîëèíåàðíîñòü â

___________________________________________________________________________________

2-55

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ëèíåéíîì ðàñïîëîæåíèè ãåíîâ ñëåâà íàïðàâî â êëàñòåðå è èõ ýêñïðåññèè âäîëü ïåðåäíå-çàäíåé îñè ýìáðèîíà. Îñíîâíîé ïðèíöèï èõ âçàèìîäåéñòâèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî äëÿ îáðàçîâàíèÿ ëþáîãî êîìïàðòìåíòà òðåáóþòñÿ ãåííûå ïðîäóêòû êàê ãåíà, ðàñïîëîæåííîãî ñëåâà è ýêñïðåññèðóþùåãîñÿ â áîëåå ïåðåäíèõ êîìïàðòìåíòàõ, òàê è áëèçëåæàùåãî ãåíà, íî ðàñïîëîæåííîãî ïðàâåå. Ýòî îáúÿñíÿåò ýôôåêòû ìóòàöèé, âûðàæàþùèåñÿ â òîì, ÷òî çàäíÿÿ ñòðóêòóðà (êîìïàðòìåíò) ðàçâèâàåòñÿ ïî òèïó áîëåå ïåðåäíåé. Ýòî õîðîøî âèäíî íà ïðèìåðå äåéñòâèÿ ìóòàöèé

áûë îäèí èç ïåðâûõ ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ, â êîòîðîì áûë èäåíòèôèöèðîâàí ýòîò êîíñåðâàòèâíûé ìîòèâ, è ñâîå íàçâàíèå ãîìåîáîêñ ïîëó÷èë îò íàçâàíèÿ ýòîãî òèïà ãåíîâ. Íà ðèñ.2.50 îêàçàíà ñõåìà îðãàíèçàöèè ãåíà Antp. Ìîæíî âèäåòü, ÷òî ãåí ðàçìåðîì 103 òûñ.ï.î. èìååò 8 ýêçîíîâ, ðàçäåëåííûõ ïðîòÿæåííûìè èíòðîíàìè. Ãîìåîáîêñ ðàñïîëîæåí íåäàëåêî îò 3`-êîíöó ïåðâè÷íîãî òðàíñêðèïòà. Áåëêîâàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü, êîäèðóåìàÿ ãîìåîáîêñîì, íàçûâàåòñÿ ãîìåîäîìåíîì è íàõîäèòñÿ âáëèçè êàðáîêñèëüíîãî êîíöà áåëêà Antennapedia (ðèñ.2.50). Áåëîê èìååò ìîëåêóëÿðíûé âåñ îêîëî 43 000 äàëüòîí. Òàêèì îáðàçîì, êîäèðóþùàÿ ãîìåîáîêñ ãåí Antennapedia ÷àñòü ãåíà Antennapedia çàíèìàåò âñåãî îêîëî 1% ïîëíîãî ðàçìåðà ãåíà. ãîìåîäîìåí Ãîìåîäîìåí áåëêà Antennapedia, êàê è áåëîê Antennapedia NH COOH âñåõ äðóãèõ ãîìåîáîêñ-ñîäåðæàùèõ ãåíîâ, ñïîñîáåí ñïåöèôè÷åñêè Ðèñ.2.50. Ìîëëåêóëÿðíàÿ îðãàíèçàöèÿ ãåíà ñâÿçûâàòüñÿ ñ ÄÍÊ ïî òèïó âèòîêAntp. Ãåí èìååò ðàçìåð áîëåå 100 êá è ïîâîðîò-âèòîê (helix-turn-helix). ñîäåðæèò 8 ýêçîíîâ (ïîêàçàíû ñâåòëûìè Èíòåðåñíî îòìåòèòü, ÷òî ãîìåîáîêñû, ïðÿìîóãîëüíèêàìè), ðàçäåëåííûìè ãîìåîäîìåíû, èíòðîíàìè (ïîêàçàíû òîíêîé ëèíèåé). êîäèðóþùèå Êîäèðóþùàÿ ÷àñòü ãåíà çàøòðèõîâàíà. èñêëþ÷èòåëüíî êîíñåðâàòèâíû â Ãîìîëîãè÷íûå Ãîìåîáîêñ (âûäåëåíî ÷åðíûì öâåòîì) - ýâîëþöèè. âûñîêîêîíñåðâàòèâíûé ôðàãìåíò ÄÍÊ ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ÄÍÊ íàéäåíû ðàçìåðîì 180 ï.î., íàõîäèòñÿ â 8-îì ýêçîíå. ïðàêòè÷åñêè ó âñåõ èçó÷åííûõ âèäîâ Ãîìåîáîêñ êîäèðóåò ãîìåîäîìåí, æèâîòíûõ ñ ìåòàìåðíîé îðãàíèçàöèåé ðàñïîëîæåííûé âáëèçè îò êàðáîêñèëüíîãî òåëà è äàæå ó ðàäèàëüíîêîíöà â áåëêå Antennapedia. ðàçâèâàþùèõñÿ âèäîâ, ó êîòîðûõ ñåðèè infraabdominal: iab2, iab5, iab8 îòñóòñòâóåò ìåòàìåðèÿ. Íåñîìíåííî âûçûâàþò ïðåâðàùåíèå ñåãìåíòîâ À2, âñå ãîìåîáîêñ-ñîäåðæàùèå ãåíû èìåþò À5, À8 â À1, À4 è À7, ñîîòâåòñòâåííî. îáùåå ïðîèñõîæäåíèå. Ýòî õîðîøî Âñå ãîìåîçèñíûå ãåíû êîäèðóþò âèäíî èç ñðàâíåíèÿ ïåðâè÷íûõ ÿäåðíûå áåëêè, ñïîñîáíûå ñâÿçûâàòüñÿ ñòðóêòóð ãîìåîáîêñîâ. Íàïðèìåð, ñ ÄÍÊ, è ôóíêöèîíèðóþò êàê ãîìåîáîêñ ãåíà Antp íà 87% òðàíñêðèïöèîííûå ôàêòîðû. Âñå ýòè ãîìîëîãè÷åí ñ òàêîâûì ãåíà Ubx. ãåíû ñîäåðæàò êîíñåðâàòèâíûé ìîòèâ Âîïðîñû ýâîëþöèîííîãî - ãîìåîáîêñ ðàçìåðîì 180 ï.î. Ãåí Antp êîíñåðâàòèçìà ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ 2

___________________________________________________________________________________

2-56

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Ìóòàíòíûå ôåíîòèïû lab äåôåêòû ãîëîâû pb çàìåùåíèå ëàáèàëüíûõ ñòðóêòóð àíòåííûìè Dfd äåëåöèÿ ìàíäèáóëÿðíûõ ñåãìåíòîâ Scr òðàíñôîðìàöèÿ T1 â T2 Antp òðàíñôîðìàöèÿ T2-T3 â T1

ANT-C ñîäåðæèò íåñêîëüêî ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ (ýêçîíû êðàñíûå) è íåãîìåîçèñíûå ãåíû (ýêçîíû ãîëóáûå)

lab kb

pb 50

zen bcd ama Dfd 100

Scr

150

ftz

200

Antp 250

300

350

ÄÍÊ 1

2

3

4

5 67

8

ìÐÍÊ

Ð1 1êá

Ð2

Êîäèðóþùàÿ ÷àñòü Òðàíñêðèïöèÿ íà÷èíàåòñÿ ñ äâóõ îäèíàêîâà âî âñåõ Òåðìèíàöèÿ òðàíñêðèïòàõ ïðîìîòîðîâ

Ðèñ.2.51. Ãîìåîçèñíûå ãåíû êîìïëåêñà ANT-C îïðåäåëÿþò äèôôåðåíöèðîâêó ïåðåäíèõ ñåãìåíòîâ. Ãåíû âàðèðóþò â ðàçìåðàõ è ïåðåìåæàþòñÿ äðóãèìè, íåãîìåîçèñíûìè ãåíàìè. Ãåí Antp î÷åíü áîëüøîé è äàåò àëüòåðíàòèâíûå ôîðìû ïåðâè÷íûõ òðàíñêðèïòîâ.

áóäóò ðàññìîòðåííû íèæå. Âñå ãîìåîçèñíûå ãåíû èìåþò ñëîæíóþ ýêçîí-èíòðîííóþ îðãàíèçàöèþ, (ñì. âûøå îðãàíèçàöèþ ãåíà Antp), ÷òî íåõàðàêòåðíî äëÿ áîëüøèíñòâà ãåíîâ äðîçîôèëû. Òàêæå

çà÷àñòóþ äëÿ ýòèõ ãåíîâ õàðàêòåðåí ñëîæíûé ïóòü ôîðìèðîâàíèÿ çðåëûõ èÐÍÊ. Â êà÷åñòâå ïðèìåðà ìîæíî ðàññìîòðåòü òðàíñêðèïöèþ ãåíà Ubx. Èç ðèñ.2.49 ñëåäóåò, ÷òî ïåðâè÷íûé òðàíñêðèïò ãåíà Ubx ðàçìåðîì îêîëî

___________________________________________________________________________________

2-57

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ 75 kb ïîäâåðãàåòñÿ àëüòåðíàòèâíîìó ñïëàéñèíãó, è âîçíèêàåò 3 òèïà èÐÍÊ ñ ðàçìåðàìè 3.2 kb, 4.3 kb è 4.7 kb. Âïåðâûå òðàíñêðèïöèîííàÿ àêòèâíîñòü ãåíà Ubx îáíàðóæèâàåòñÿ îêîëî 3-õ ÷àñîâ ðàçâèòèÿ (ñòàäèÿ êëåòî÷íîé áëàñòîäåðìû), ïðè÷åì ïåðâîíà÷àëüíî ïîÿâëÿåòñÿ òðàíçèòîðíàÿ ôîðìà ÐÍÊ (4.7 kb), êîòîðàÿ èç÷åçàåò ê 8-ìè ÷àñàì ðàçâèòèÿ. Íåñêîëüêî ïîçäíåå ïîÿâëÿåòñÿ 3.2 kb, à çàòåì è 4.3 kb ÐÍÊ, êîòîðûå ïðîñëåæèâàþòñÿ íà âñåõ ñòàäèÿõ ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû. Ëþáîïûòíî, ÷òî îáà ïîñëåäíèõ òèïà èÐÍÊ ñîäåðæàò ïîñëåäîâàòåëüíîñòè îáîèõ êîíöîâ ãèãàíòñêîãî ïåðâè÷íîãî òðàíñêðèïòà (1-é è ïîñëåäíèé ýêçîíû), íî ðàçëè÷àþòñÿ òåì, ÷òî âêëþ÷àþò ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ðàçíûõ âíóòðåííèõ ýêçîíîâ. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ðàçíûå ôîðìû èÐÍÊ ãåíà Ubx äèôôåðåíöèàëüíî òðàíñëèðóþòñÿ â ðàçíûõ êîìïàðòìåíòàõ. Èñïîëüçîâàíèå ôëþîðåñöåíòíûõ àíòèòåë ïðîòèâ îáùåé ÷àñòè áåëêîâ Ubx (÷àñòü, êîäèðóåìàÿ 1-ì ýêçîíîì) ïîêàçàëî åãî íåðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå âäîëü òåëà ýìáðèîíà: ñëàáîå ñâå÷åíèå â ðÒ2, ñèëüíîå â ðÒ3 è àÀ1 è ïîñòåïåííîå ñíèæåíèå ñâå÷åíèÿ ñ àÀ2 ê àÀ8. Åñòåñòâåííî âîçíèêàåò âîïðîñ: êàê îòíîñèòåëüíîå íåáîëüøîå ÷èñëî ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ îñóùåñòâëëÿþò êîíòðîëü ðàçâèòèÿ èíäèâèäóàëüíûõ ñåãìåíòîâ (êîìïàðòìåíòîâ)? Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, àíàëèç ìóòàöèé â êîìïëåêñàõ ANTP è BX ïîçâîëèë âûÿâèòü ôóíêöèîíàëüíóþ èåðàðõèþ ñðåäè ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ. Íàèáîëåå îò÷åòëèâî ñóùåñòâîâàíèå ñîïîä÷èíåííîñòè ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ

ìåæäó ñîáîé áûëî âûÿâëåíî ïðè àíàëèçå ìóòàöèé ëîêóñà extra sex combs (esc) (ëîêóñ îêàçûâàåò òðàíñ-ýôôåêò íà ãîìåîçèñíûå ãåíû; õàðàêòåðèñòèêà òðàíñ-ðåãóëÿòîðîâ ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ áóäåò ðàññìîòðåíî ïîçäíåå). Ëîêóñ esc ÿâëÿåòñÿ ÷ëåíîì ãðóïïû ãåíîâ Polycomb. Ìóòàöèè ëîêóñà esc îêàçûâàþò äåðåïðåññèðóþùèé ýôôåêò íà ãîìåîçèñíûå ãåíû, ÷òî ïðèâîäèò ê ðàñøèðåíèþ ãðàíèö èõ ïðîÿâëåíèÿ, òî åñòü çà ïðåäåëû èõ íîðìàëüíûõ äîìåíîâ. Â òîì ñëó÷àå, êîãäà íåñêîëüêî ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ îäíîâðåìåííî äåðåïðåññèðóåòñÿ ïîä äåéñòâèåì esc, ñåãìåíòàöèÿ ïðîòåêàåò ïîä êîíòðîëåì áîëåå ïîñòåðèîðíî-äåéñòâóþùèõ ãåíîâ. Òàê ó ìóòàíòîâ ïî ëîêóñó esc â ñî÷åòàíèè ñ íîðìàëüíûìè àëëåëÿìè âñåõ ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ, ãîëîâíûå, òîðàêàëüíûå è àáäîìèíàëüíûå ñåãìåíòû ëè÷èíêè ðàçâèâàþòñÿ ïî òèïó À8, òî åñòü ïîä êîíòðîëåì ãåíà abdB, èìåþùåãî íàèáîëåå ïîñòåðèîðíûé ôîêóñ äåéñòâèÿ èç âñåõ ãåíîâ êîìïëåêñà BX. Ó ìóòàíòîâ-êîìïàóíäîâ ïî esc è äåëåöèè ãåíà abdB, âñå ñåãìåíòû ëè÷èíêè ðàçâèâàþòñÿ ïî òèïó À4, òî åñòü îïðåäåëÿþòñÿ ôîêóñîì äåéñòâèÿ ãåíà abdA, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ ñàìûì ïîñëåäíèì ôóíêöèîíèðóþùèì ÷ëåíîì êîìïëåêñà BX ó ýòèõ êîìïàóíäîâ. Ó êîìïàóíäîâ ïî ãåíó esc è äåëåöèè âñåãî êîìïëåêñà BX íàáëþäàåòñÿ ðàçâèòèå âñåõ ñåãìåíòîâ ïî òèïó òîðàêàëüíûõ Ò2 èëè Ò1, òî åñòü ïîä êîíòðîëåì Scr èëè Antp, êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ êðàéíèìè ôóíêöèîíèðóþùèìè ãåíàìè ó òàêîãî òèïà êîìïàóíäîâ. Â ñëó÷àå äåëåöèè òðåõ ãåíîâ BX-Ñ è Scr ñ Antp èç ANTC íà ôîíå ìóòàöèè esc ó ëè÷èíêè âñå ñåãìåíòû ïðåâðàùàþòñÿ â ãîëîâíûå.

___________________________________________________________________________________

2-58

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Ëåãêî çàìåòèòü, ÷òî ôóíêöèîíèðîâàíèå ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ èåðàðõè÷åñêèì ñïîñîáîì ïî òèïó Scr< Antp< Ubx< abdA< abdB, òî åñòü ãåíû ðàñïîëîæåííûå áîëåå ïîñòåðèîðíî ÿâëÿþòñÿ ñóïðåññîðàìè äëÿ ãåíîâ ðàñïîëîæåííûõ àíòåðèîðíî (downregulation). Òàêæå âàæíî îòìåòèòü, ÷òî íåñìîòðÿ íà òî ÷òî êîìïëåêñû ANT è BX ïðîñòðàíñòâåííî ðàçîîáùåíû è ôîðìèðóþò íåçàâèñèìûå êëàñòåðû, ôóêöèîíàëüíàÿ èåðàðõèÿ èíäèâèäóàëüíûõ ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ ñîîòâåñòâóåò ïîðÿäêó ãåíîâ ñëåâà íàïðàâî â îáîèõ êîìïëåêñàõ èëè, èíûìè ñëîâàìè, íàáëþäàåòñÿ

êîëèíåàðíîñòü â ôóíêöèîíèðîâàíèè ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ è èõ ïîðÿäêîì íà õðîìîñîìå 3. Áîëüøóþ ðîëü â ïîíèìàíèè, ñóïðåññèðóþùåãî äåéñòâèÿ ïîñòåðèîðíûõ ãåíîâ â ôóíêöèîíàëüíîé èåðàðõèè ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ ñûãðàëè ýêñïåðèìåíòû ñ ââåäåíèåì èõ äîïîëíèòåëüíûõ êîïèé â ãåíîì äðîçîôèëû. Íà ðèñ.2.52 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû îïûòîâ íà òðàíñãåííûõ äðîçîôèëàõ, â ãåíîì êîòîðûõ áûëè ââåäåíû ñëåäóþùèå êîíñòðóêöèè: à) ïðîìîòîð ãåíà hsp70 (ãåí êîäèðóåò heat-shock áåëîê ñ ìîëåêóëÿðíîé ìàññîé 70 êÄ), ñëèòûé ñ êîäèðóþùåé ÷àñòüþ ãåíà Antp, hsp-Antp; á) ïðîìîòîð ãåíà hsp, ñëèòûé ñ

Ðèñ.2.52. Ñðàâíåíèå ãîìåîçèñíûõ ýôôåêòîâ òðàíñãåíîâ hsp70-Antp, hsp70-Ubx b è hsp70abdA (ñì.òåêñò) íà ôîðìèðîâàíèå ñåãìåíòîâ ó òðàíñãåííûõ ëè÷èíîê. Ñòðåëêàìè óêàçàíû ãðàíèöû ìîðôîëîãè÷åñêèõ èçìåíåíèé, âûçâàííûõ ýêòîïè÷åñêîé ýêñïðåññèåé ãåíîâ Antp, Ubx è abdA. Ó ëè÷èíêè äèêîãî òèïà (wt) âèäíî, ÷òî ñåãìåíò Ò1 ðàñïîëîæåí âïåðåäè ãîëîâû. (h). Çàìåòíî, òàêæå, ÷òî äåíòèêóëû T1 òîíüøå, ÷åì Ò2 è ÷òî Ò1 èìååò öåíòðàëüíî ðàñïîëîæåííóþ ãðóïïó äåíòèêóë, êîòîðàÿ íå ïðåäñòàâëåíà â Ò2. À1 è À8 - àáäîìèíàëüíûå ñåãìåíòû, fk - filzkoper. Ýôôåêò òðàíñãåíà hsp70-Antp îãðàíè÷åí ðàéîíîì âïåðåäè ñåãìåíòà T2 (hs-Antp). Ãîëîâà íå èíâàãèíèðóåò íà ñòàäèè áëàñòîäåðìû, è ïîòîìó ýêòîïè÷åñêàÿ ýêñïðåññèÿ hs-Ubx âûçûâàåò èçìåíåíèÿ ñåãìåíòàöèè â ðàéîíå, îãðàíè÷åííîé À1. Îñòàëüíûå ÷àñòè òåëà ëè÷èíêè, âêëþ÷àÿ À1, íå îòëè÷àþòñÿ îò ëè÷èíêè äèêîãî òèïà. Ýêòîïè÷åñêàÿ ýêñïðåññèÿ abd-A (hs-abdA) âûçûâàåò èçìåíåíèÿ ñåãìåíòàöèè â ðàéîíå, íàõîäÿùåìñÿ âïåðåäè ñåãìåíòà A4; â ôîêóñå äåéñòâèÿ òðàíñãåíà hs-abdA âñå ñåãìåíòû íàïîìèíàþò À4, ÷òî îò÷åòëèâî âèäíî â ñëó÷àå Ò1 è Ò2. Ó âñåõ òðàíñãåííûõ ëè÷èíîê, âêëþ÷àÿ fitzkoper àáäîìèíàëüíûå ñåãìåíòû ñ À5 ïî À8 íå èçìåíåíû (ïî Duboule and Morata, 1994). ___________________________________________________________________________________

2-59

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ êîäèðóþùåé ÷àñòüþ ãåíà Ubx, hsp-Ubx; â) ïðîìîòîð ãåíà hsp, ñëèòûé ñ êîäèðóþùåé ÷àñòüþ ãåíà abdÀ, hspabdA. Cîãëàñíî ñòðóêòóðå ýòèõ òðàíñãåíîâ, èõ ýêñïðåññèÿ íîñèò êîíñòèòóòèâíûé õàðàêòåð ó òðàíñãåííûõ ëè÷èíîê, åñëè ðàçâèòèå ïðîèñõîäèò ïðè ïîâûøåííîé òåìïåðàòóðå. Ýêñïðåññèÿ òðàíñãåíà hsp-Antp ïðîÿâëÿåòñÿ ó ëè÷èíîê â ïðåâðàùåíèè Ò2 â Ò1 è â îòñóòñòâèè èíâàãèíàöèÿ öåôàëè÷åñêîé áîðîçäû è, êàê ðåçóëüòàò, ãîëîâà ó ëè÷èíêè íàõîäèòñÿ âïåðåäè Ò1, à íå ïîçàäè, êàê â íîðìå (ðèñ.2.52). Ñòðåëêà óêàçûâàåò íà ãðàíèöû äåéñòâèÿ ýêòîïè÷åñêîé ýêñïðåññèè òðàíñãåíà hps-Antp. Â íîðìå ýêñïðåññèÿ ãåíà Ubx ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ îò ïàðàñåãìåíòà 5 äî ïàðàñåãìåíòà 13, ñ íàèâûñøèì åå óðîâíåì â À1 (ïàðàñåãìåíò 6). Ýêòîïè÷åñêàÿ ýêñïðåññèÿ òðàíñãåíà hsp-Ubx âûçûâàåò òðàíñôîðìàöèþ ãîëîâíûõ è òîðàêàëüíûõ ñåãìåíòîâ ïî òèïó À1, îñòàëüíûå àáäîìèíàëüíûå ñåãìåíòû ðàçâèâàþòñÿ íîðìàëüíî (ðèñ.2.52). Ýòè ðåçóëüòàòû ïîêàçûâàþò, ÷òî äîïîëíèòåëüíàÿ ýêòîïè÷åñêàÿ ýêñïðåññèÿ Ubx íå âëèÿåò íà ðàçâèòèå ñåãìåíòîâ-ìèøåíåé ãåíà Ubx (ïàðàñåãìåíòû 5-13), íî ðàñøèðÿåò ôîêóñ ñâîåãî äåéñòâèÿ, òðàíñôîðìèðóÿ âïåðåäè ëåæàùèå ñåãìåíòû (ðèñ.2.52). Èíòåðåñíî, ÷òî ýêòîïè÷åñêàÿ ýêñïðåññèÿ hsp-Ubx íå îêàçûâàåò âëèÿíèÿ íà ðàçâèòèå ñàìûõ çàäíèõ ïàðàñåãìåíòîâ 14 è 15, íåñìîòðÿ íà èçáûòî÷íîå ïðèñóòñòâèå â íèõ áåëêà Ubx. Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, â íîðìå áåëîê Ubx îòñóòñòâóåò â ýòèõ ïàðàñåãìåíòàõ. Òàêèì îáðàçîì, áåëîê Ubx ìîðôîãåíåòè÷åñêè íåàêòèâåí ó òðàíñãåííûõ ëè÷èíîê hsp-Ubx â ýòèõ

ïàðàñåãìåíòàõ. Îòñóòñòâèå ôåíîòèïè÷åñêîãî ýôôåêòà òðàíñãåíà hsp-Ubx â ïàðàñåãìåíòàõ 14 è 15 ñâÿçàíî ñ ðåïðåññèðóþùèì äåéñòâèåì ãåíà abdB, ïîñêîëüêó íà ôîíå äåëåöèè ãåíà abdB ìîðôîãåíåòè÷åñêèé ýôôåêò òðàíñãåíà hsp-Ubx ïðîÿâëÿåòñÿ. Èíûìè ñëîâàìè, â îñíîâå ôóêöèîíàëüíîé èíàêòèâàöèè Ubx ëåæèò ñóïðåññèðóþùèé ýôôåêò ãåíà abdB. Ñ ýòèì æå ñîãëàñóåòñÿ äàííûå ïî ýêñïðåññèè ãåíà Ubx â ðàçíûõ òèïàõ êëåòîê. Íàïðèìåð, õîòÿ ãåí Ubx ýêñïðåññèðóåòñÿ â ýïèäåðìèñå â ïàðàñåãìåíòàõ 5-13, îäíàêî åãî ýêñïðåññèÿ â âèñöåðàëüíîé ìåçîäåðìå îãðàíè÷åíà òîëüêî 7-ûì ïàðàñåãìåíòîì, òîãäà êàê ýêñïðåññèÿ abdA â ìåçîäåðìå èìååò ìåñòî â ïàðàñåãìåíòàõ 8-12. Âåðîÿòíî, ýòî åñòü ðåçóëüòàò ðåïðåññèðóþùåãî äåéñòâèÿ ãåíà abdA, ïîñêîëüêó ó ìóòàíòîâ ïî ãåíó abdA èìååò ìåñòî ýêñïðåññèÿ ãåíà Ubx â ýòèõ ïàðàñåãìåíòàõ. Ýòî ñóïðåññèðóþùåå äåéñòâèå ãåíà abdA ðåàëèçóåòñÿ îïîñðåäîâàíî. Óñòàíîâëåíî, ÷òî àêòèâàöèÿ ãåíà Ubx â êëåòêàõ ìåçîäåðìû ïàðàñåãìåíòà 7 ïðîèñõîäèò áëàãîäàðÿ áåëêó decapentaplegic (dpp). Ãåí dpp íåàêòèâåí â ïàðàñåãìåíòàõ 8-12. Ôóíäàìåíòàëüíûé âûâîä î ôóíêöèîíàëüíîé èåðàðõèè ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ ïîäâåðæäàåòñÿ ýêñïåðèìåíòàìè ïî ýêòîïè÷åñêîé ýêñïðåññèè òðàíñãåíà hsp-abdA. Èç ðèñ.2.52 ñëåäóåò, ÷òî èçáûòî÷íàÿ ýêñïðåññèÿ ãåíà abdA ñîïðîâîæäàåòñÿ ïðåâðàùåíèåì ãîëîâíûõ, òîðàêàëüíûõ è À1-À3 ñåãìåíòîâ â À4. Òàêèì îáðàçîì, â ýòîì ñëó÷àå òàêæå íàáëþäàåòñÿ ñóïðåññèðóþùèé ýôôåêò ïîñòåðèîðíî ðàñïîëîæåííîãî ãåíà íà

___________________________________________________________________________________

2-60

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ôóíêöèþ âñåõ ãåíîâ, ðàñïîëîæåííûõ downstream, òî åñòü ñ 5` -êîíöà. Äðóãàÿ ãðóïïà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ, ñâèäåòåëüñòâóþùèõ â ïîëüçó ïðåäñòàâëåíèÿ î ôóíêöèîíàëüíîé èåðàðõèè ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ, áûëà ïîëó÷åíà ïðè ñðàâíèòåëüíîì èçó÷åíèè äåéñòâèÿ ãîìåîáîêñ-ñîäåðæàùèõ ãåíîâ â ðàçâèòèè ïîçâîíî÷íûõ. Âûøå óæå îòìå÷àëîñü, ÷òî ãîìåîçèñíûå ãåíû ñîäåðæàò êîíñåðâàòèâíóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü - ãîìåîáîêñ, ÷òî ïîçâîëÿåò èäåòèôèöèðîâàòü ãîìåîáîêñ-ñîäåðæàùèå ãåíû â ãåíîìàõ

îðãàíèçîâàííûõ â 4 êëàñòåðà. Íà ðèñ.2.53 ïîêàçàíà ñõåìà îðãàíèçàöèè ãåíîâ ìûøè è èõ ñòðóêòóðíûå âçàèìîîòíîøåíèÿ ñ ãîìåîçèñíûìè ãåíàìè äðîçîôèëû. Ó ìûøè êëàñòåðû HOXA, HOXB, HOXC è HOXD ðàñïîëîæåíû íà õðîìîñîìàõ 6, 11, 15 è 2, ñîîòâåòñòâåííî. Ðàçìåðû êëàñòåðîâ âàðèèðóþò îò 20 äî 200 kb. Õîðîøî âèäíî, ÷òî ó ìëåêîïèòàþùèõ îðãàíèçàöèÿ êëàñòåðîâ ãîìåîáîêññîäåðæàùèõ ãåíîâ ìûøè, ÍÎÕÀ, ÍÎÕÂ, ÍÎÕÑ è ÍÎÕD, èìååò çíà÷èòåëüíîå ñõîäñòâî ñ êîìëåêñàìè ãåíîâ ANT-C è BX-C. Ýòî ïðåæäå âñåãî

Ðèñ.2.53. Äèàãðàììà, ïîêàçûâàþùàÿ îðãàíèçàöèþ ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ ó D. melanogaster è ó ìëåêîïèòàþùèõ è èõ ôèëîãåíåòè÷åñêèå âçàèìîäåéñòâèÿ. Ââåðõó ïîêàçàíû êîìïëåêñ ãåíîâ BX-C è ANP-C ó D. melanogaster: Abd B (abdominal B), abdA (abdominal A), Ubx (Ultrabithorax), Antp (Antennapedia), Scr (Sex comb reduced), Dfd (Deformed), pb (proboscipedia) è lab (labial). ×åòûðå êëàñòåðà ãîìåîáîêñ-ñîäåðæàùèõ ãåíîâ: HOXA, HOXB, HOXC è HOXD âûÿâëåíî â ãåíîìå ìëåêîïèòàþùèõ. Âñå ãîìåîáîêñ-ñîäåðæàùèå ãåíû òðàíñêðèáèðóþòñÿ îò 5` ê 3` êîíöó.

ó ôèëîãåíåòè÷åñêè äàëåêèõ âèäîâ. Èñïîëüçîâàíèå ãîìåîáîêñîâ â êà÷åñòâå çîíäîâ ïîçâîëèëî âûÿâèòü â ãåíîìå ìëåêîïèòàþùèõ (÷åëîâåê, ìûøü) 38 ãîìåîáîêñ-ñîäåðæàùèõ ãåíîâ,

êàñàåòñÿ ñîõðàíåíèÿ ïîðÿäêà ãåíîâ, õàðàêòåðíîãî äëÿ ãåíîìà äðîçîôèëû. Ýòî óäèâèòåëüíî, ïîñêîëüêó â ãåíîìå äðîçîôèëû â êîìïëåêñå ANT-C ñîäåðæàòñÿ òàêæå ãåíû (bcd, ftz, ama) ñ

___________________________________________________________________________________

2-61

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ äðóãèìè òèïàìè ãîìåîáîêñîâ, è ýòî ïðåäïîëàãàåò, ÷òî â ýâîëþöèè ïðîèçîøëà ñëîæíàÿ ðåîðãàíèçàöèÿ ýòîãî ó÷àñòêà ïðåäêîâîãî ãåíîìà, ñîïðîâîæäàâøàÿñÿ àêêóðàòíûì âûðåçàíèåì ãåíîâ, ëèøåííûõ ãîìåîçèñíûõ ôóíêöèé, íî ïðè ïîëíîì ñîõðàíåíèè âñåõ ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ. Òðàíñêðèïöèÿ â êàæäîì êëàñòåðå ãîìåîáîêñ-ñîäåðæàùèõ ãåíîâ ó ìûøè, êàê è ó äðîçîôèëû, îñóùåñòâëÿåòñÿ â íàïðàâëåíèè ñëåâà íàïðàâî îò 5` - ê 3` êîíöó (ðèñ.2.53). Ìîæíî çàìåòèòü òàêæå, ÷òî â ïðîöåññå ýâîëþöèè ïðîèçîøëè äóáëèêàöèè íåêîòîðûõ ÷ëåíîâ êîìëåêñà ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ â ãåíîìå ìëåêîïèòàþùèõ. Íàïðèìåð, ãîìåîëîã ãåíà pb äðîçîôèëû ïðåäñòàâëåí â äâóõ êîïèÿõ, à-2 è à-3, â êëàñòåðå ÍÎÕÀ, èëè b-2 è b-3 â êëàñòåðå ÍÎÕÂ (ðèñ.2.53). Åùå áîëüøåå ÷èñëî êîïèé èìååòñÿ â ãåíîìå ìûøè ãåíîâ, ãîìåîëîãè÷íûõ ãåíó AbdB äðîçîôèëû (4 ãåíà: à-9, à-10, à11 è à-13, â êëàñòåðå ÍÎÕÀ èëè 5 ãåíîâ: ñ-9, ñ-10, ñ-11, ñ-12 è ñ-13, â êëàñòåðå ÍÎÕÑ). Îäíàêî íàèáîëåå âïå÷àòëÿþùèìè ÿâëÿþòñÿ äàííûå ïî ýêñïðåññèè ÷ëåíîâ ñåìåéñòâ ÍÎÕÀ, ÍÎÕÂ, ÍÎÕÑ è ÍÎÕ-Ñ â ïðîöåññå ðàçâèòèÿ ìûøè. Íà ðèñ.2.54 ñõåìàòè÷åñêè ïîêàçàíî ðàñïðåäåëåíèå ïåðâè÷íûõ òðàíñêðèïòîâ ãåíîâ, ÷ëåíîâ ñåìåéñòâà ÍÎÕÀ. Ëåãêî ìîæíî çàìåòèòü êîëèíåàðíîñòü â ðàñïðåäåëåíèè ýòèõ òðàíñêðèïòîâ âäîëü ïåðåäíå-çàäíåé îñè ýìáðèîíà ìûøè (íà ñòàäèè îáðàçîâàíèÿ ñîìèòîâ) è â ëèíåéíîì ðàñïîëîæåíèè ãåíîâ â êîìïëåêñå ÍÎÕÀ. Äåéñòâèå ãåíîâ, ðàñïîëîæåííûõ áîëåå ïîñòåðèîðíî, òàêèõ êàê à-4, à-5 è à-6, ïðîÿâëÿåòñÿ â çíà÷èòåëüíîé ÷àñòè ïîçâîíî÷íîãî

Ðèñ.2.54. Ñõåìà ýêñïðåññèè ãîìåî-áîêññîäåðæàùèõ ãåíîâ, ÷ëåíîâ êîìïëåêñà Íîõà, âäîëü ïðåâåðòåáðàëüíîãî çà÷àòêà ñïèííîãî ìîçãà è íåéðàëüíîé òðóáêè ýìáðèîíà ìûøè. Ìîæíî âèäåòü êîëèíåàðíîñòü ðàñïîëîæåíèÿ ãåíîâ â êîìïëåêñå Íîõà è ðàñïðåäåëåíèÿ ïåðâè÷íûõ òðàíñêðèïòîâ ýòèõ ãåíîâ âäîëü ïåðåäíåé (ANT) è çàäíåé (POST) îñè ýìáðèîíà, ñ ïðåîáëàäàíèåì ýêñïðåññèè ïîñòåðèîðíûõ ÷ëåíîâ êîìïëåêñà; â öåíòðå ðèñóíêà ñòðåëêè ïîêàçûâàþò ïåðåäíèå ãðàíèöû ðàñïðåäåëåíèÿ ãåíîâ Hoxa 2-6.

ñòîëáà, íî íå çàòðàãèâàåò ïåðåäíåé åãî ÷àñòè è íå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà çàêëàäêó çàäíåãî ìîçãà (ðèñ.2.54). Íàîáîðîò, ôîêóñ äåéñòâèÿ ãåíà ÍÎÕÀ3 îãðàíè÷åí çàêëàäêîé çàäíåãî ìîçãà è êðàéíåé ïåðåäíåé ÷àñòüþ ïîçâîíî÷íîãî ñòîëáà (ðèñ.2.54). Èç ðèñ.2.54 òàêæå âèäíî ïðåîáëàäàíèå ýêñïðåññèè ïðîñòåðèîðíûõ ãåíîâ íàä

___________________________________________________________________________________

2-62

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ ãåíàìè, ðàñïîëîæåííûìè áîëåå àíòåðèîðíî. Íåäàâíî ïîëó÷åíû ïðÿìûå äîêàçàòåëüñòâà ýâîëþöèîííîãî êîíñåðâàòèçìà ôóíêöèîíàëüíîé èåðàðõèè ìåæäó ÍÎÕ ãåíàìè, ïðîñëåæèâàþùåéñÿ îò äðîçîôèëû äî ìëåêîïèòàþùèõ. Êîäèðóþùèåå ÷àñòè ìûøèíûõ ãåíîâ Íîõd-8, Hoxd-9, Hoxd10 è Hoxd-11 áûëè ñëèòû ñ ïðîìîòîðîì heat-shock ãåíà (hsp70) è ââåäåíû â ãåíîì äðîçîôèëû. Äåéñòâèå ãåíîâ ìûøè, íàõîäÿùèõñÿ ïîä êîíòðîëåì ïðîìîòîðà hsp70, íà ðàçâèòèå òðàíñãåííûõ ìóõ ïîêàçàíî íà ðèñ.2.55. Ýêñïðåññèÿ Hoxd-8 è Hoxd-9 ïðåäîòâðàùàåò èíâîëþöèþ ãîëîâû è òðàíñôîðìèðóåò îäèí ãîëîâíîé ñåãìåíò, íî íå íàðóøàåò ðàçâèòèÿ òîðàêàëüíûõ è àáäîìèíàëüíûõ ñåãìåíòîâ (ðèñ.2.55). Ýêñïðåññèÿ Hoxd-10 ó òðàíñãåííûõ ëè÷èíîê âûçûâàåò òðàíñôîðìàöèþ òîðàêàëüíûõ ñåãìåíòîâ, íî íå àáäîìèíàëüíûõ, òîãäà êàê ýêñïðåññèÿ Hoxd-11 íàðóøàåò ðàçâèòèå àáäîìèíàëüíûõ ñòðóêòóð (ðèñ.2.55). Ýòè äàííûå ïîêàçûâàþò êîëèíåàðíîñòü ýêñïðåññèè ãîìåîáîêññîäåðæàùèõ ãåíîâ ìûøè ó òðàíñãåííûõ ìóõ, òî åñòü áîëåå ïîñòåðèîðíî ýêñïðåññèðóþùèåñÿ ãåíû ó ìûøè îêàçûâàþò ñâîé ýôôåêò òàêæå íà ïîñòåðèîðíûå ñòðóêòóðû òðàíñãåííûõ äðîçîôèë. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ îòñóòñòâóþò íàäåæíûå äàííûå î ìåõàíèçìàõ òàêîãî êîíòðîëÿ. Îáùèå ïðåäñòàâëåíèÿ áàçèðóþòñÿ íà ïðåäïîëîæåíèè, ÷òî èìåþùèåñÿ êîëè÷åñòâåííûå ðàçëè÷èÿ â ðàñïðåäåëåíèè ãîìåî-áîêñ ñîäåðæàùèõ áåëêîâ âäîëü ïåðåäíåçàäíåé îñè ýìáðèîíà ïîòåíöèàëüíî ìîãóò îáóñëîâèòü äèôôåðåíöèàëüíûé

Hoxd-10

Hoxd-8 Hoxd-9

T1

A1

Hoxd-11

A8

Ðèñ.2.55. Ðàéîíû ëè÷èíêè D. melanogaster èñïûòûâàþùèå âëèÿíèå òðàíñãåíîâ, ñîñòîÿùèõ èç êîäèðóþùèõ ÷àñòåé ãåíîâ Hoxd-8, Hoxd-9, Hoxd-10 è Hoxd-11 ìûøè è ïðîìîòîðà ãåíà áåëêà heat-shock. Ôîêóñû äåéñòâèÿ ýòèõ òðàíñãåíîâ îòìå÷åíû ëèíèÿìè Hoxd-8, Hoxd-9, Hoxd-10 è Hoxd-11. Ýôôåêò Hoxd-8 è Hoxd-9 âûçûâàåò òðàíñôîðìàöèþ îäíîãî ãîëîâíîãî ñåãìåíòà è ïðåäîòâðàùàåò èíâîëþöèþ ãîëîâû, íî îòñóòñòâóåò ýôôåêò íà òîðîêàëüíûå è àáäîìèíàëüíûå ñåãìåíòû. Ýêñïðåññèÿ Hoxd-10 âûçûâàåò òðàíñôîðìàöèþ òîðîêàëüíûõ ñåãìåíòîâ, íî íå àáäîìèíàëüíûõ, â òî âðåìÿ êàê ýôôåêò Hoxd-11 ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ è íà àáäîìèíàëüíûå ñåãìåíòû.

îòâåò ãåíîâ-ìèøåíåé (target genes), êàê ýòî îïèñàíî âûøå äëÿ äåòåðìèíàöèè ïðîñòðàíñòâåííûõ ãðàíèö äåéñòâèÿ ãåíîâ ñåãìåíòàöèè. Íåñîìíåííî òàêæå, ÷òî â ðåãóëÿöèè ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ ïðèíèìàþò ó÷àñòèå ãåíû ñåãìåíòàöèè è äàæå ìàòåðèíñêèå ãåíû. Íàïðèìåð, èçìåíÿåòñÿ ýêñïðåññèÿ ãåíà Ubx ó ìóòàíòîâ ïî ãåíàì bicoid, hunchback è Krüppel. Â îïðåäåëåíèè ïåðåäíåé ãðàíèöû ýòîãî ãåíà ïðèíèìàåò ó÷àñòèå ãåíû ñåãìåíòàöèè fushi tarazu è even-skipped. Êàðòèíà ðåãóëÿöèè ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ åùå áîëåå óñëîæíÿåòñÿ, åñëè ïðèíÿòü âî âíèìàíèå ñóùåñòâîâàíèå äîñòàòî÷íî áîëüøîãî íàáîðà ãåíîâ (áîëåå 20), êîòîðûå âëèÿþò íà èõ ýêñïðåññèþ òðàíñ-ñïîñîáîì. Â òàáëèöå 2.5 ïðèâåäåí ñïèñîê òàêèõ ãåíîâ. Êàê ñëåäóåò èç äàííûõ ýòîé òàáëèöû, âñå ýòè ãåíû îòíîñÿòñÿ ê

___________________________________________________________________________________

2-63

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ Òàáëèöà 2.5. Òðàíñ-ðåãóëÿòîðíûå ãåíû, âëèÿþùèå íà ýêñïðåññèþ ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ. Ãåí Ãàïëîíåäîñòàòî÷íûå Asx - additional sex combs Psc - posterior sex combs Pd - Polycomb-like Pc - Polycomb Scm - Sex comb on mid leg ph - polyhomeiotic Ubl - Unltrabithorax-like Ãàïëîíåäîñòàòî÷íûå ñ ìàòåðèíñêèì ýôôåêòîì exc - extra sex combs sxc - super sex combs

ãðóïïå ãàïëîíåäîñòàòî÷íûõ: äåëåöèè ïî ýòèì ãåíàì â ãåòåðîçèãîòíîì ñîñòîÿíèè íå îáåñïå÷èâàþò íîðìàëüíîãî ðàçâèòèÿ è âåäóò ñåáÿ êàê ýìáðèîëåòàëè. Ýòà êàòåãîðèÿ ãåíîâ áîëåå èëè ìåíåå ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëåíà ïî ãåíîìó äðîçîôèëû (òàáëèöà 2.5). Ýôôåêòû òðàíñäåéñòâóþùèõ ãåíîâ íà ñåãìåíòàöèþ ðàçíîîáðàçíû: íàïðèìåð, ìóòàöèè Ðñ è esc âûçûâàþò òðàíñôîðìàöèþ âñåõ òîðàêàëüíûõ è àáäîìèíàëüíûõ ñåãìåíòîâ â À8, òîãäà êàê ìóòàöèè Asc, Pcl, Psc è Scm âûçûâàþò ëèøü ÷àñòè÷íóþ òðàíñôîðìàöèþ çàäíèõ àáäîìèíàëüíûõ ñåãìåíòîâ. Îäíàêî, â ïîñëåäíåì ñëó÷àå äâîéíûå ìóòàíòû (êîìïàóíäû ïî ýòèì ãåíàì) çà÷àñòóþ èìåþò ôåíîòèï, ñõîäíûé ñ Ðñ. Ýòî ìîæåò óêàçûâàòü íà ñèíåðãè÷íîñòü äåéñòâèÿ ýòèõ ãåíîâ. Òðàíñ-ðåãóëÿöèÿ ýêñïðåññèè ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ ðàçíîîáðàçíûìè ñïîñîáàìè. Íàïðèìåð, äîìèíàíòíàÿ ìóòàöèÿ ãåíà Ubl, ëîêàëèçîâàííîãî â Õ-õðîìîñîìå, èìèòèðóåò ìóòàöèþ Ubx. Îäíàêî â ãîìîçèãîòíîì ñîñòîÿíèè ìóòàöèÿ ïðîÿâëÿåòñÿ êàê ëåòàëü è áåç êàêèõ

Ëîêàëèçàöèÿ 51AB 49EF 3-47 85EF 2D2-4

33B1.2 2-55

ëèáî ãîìåîçèñíûõ ïðåâðàùåíèé. Áîëåå òîãî íåêîòîðûå àëëåëè ãåíà Ubl òàêæå íå âûçûâàþò ãîìåîçèñíûõ ýôôåêòîâ. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ èçâåñòíî, ÷òî ãåí Ubl êîäèðóåò îäíó èç ñóáúåäèíèö ÐÍÊïîëèìåðàçû II, íåîáõîäèìóþ äëÿ òðàíñêðèïöèè. Òàê êàê ãîìåîçèñíûì ýôôåêòîì îáëàäàåò ëèøü îäèí àëëåëü ãåíà Ubl, à íóëü-àëëåëè èì íå îáëàäàþò, ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ýòîò åäèíñòâåííûé ãîìåîçèñíûé àëëåëü îáóñëàâëèâàåò ñèíòåç èçìåííåííîãî ôåðìåíòà, êîòîðûé â ñâîþ î÷åðåäü îêàçûâàåò âëèÿíèå íà òðàíñêðèïöèþ ãåíà Ubx. Ýòîò âûâîä ïîäòâåðæäàåòñÿ òåì, ÷òî ýòîò àëëåëü ñíèæàåò ñêîðîñòü òðàíñêðèïöèè è äðóãèõ íåãîìåîçèñíûõ ãåíîâ, ëîêàëèçîâàííûõ â äðóãèõ õðîìîñîìàõ. Âåðîÿòíî, òðàíñêðèïöèÿ ãåíà Ubx áîëåå ÷óâñòâèòåëüíà ê èçìåíåííîé àêòèâíîñòè ôåðìåíòà, ÷åì äðóãèå ãîìåîçèñíûå ãåíû. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ óñòàíîâëåíà ôóíêöèÿ ãåíà Ðñ, ýòîò ãåí êîäèðóåò áåëîê, êîòîðûé ïðåèìóùåñòâåííî (åñëè íå èñêëþ÷èòåëüíî) ñâÿçûâàåòñÿ ñ ãåòåðîõðîìàòèíîì ïîñðåäñòâîì õðîìîäîìåíà. Òàêàÿ ôóíêöèÿ ãåíà Ðñ ïðåäïîëàãàåò ðåïðåññèðóþùèé

___________________________________________________________________________________

2-64

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ õàðàêòåð äåéñòâèÿ áåëêà Ðñ íà àêòèâíîñòü ìíîãèõ ãåíîâ, âêëþ÷àÿ ãåíû êîìïëåêñà BX-C. Ïðîãðåññ â èññëåäîâàíèè ìîëåêóëÿðíûõ ìåõàíèçìîâ äåéñòâèÿ ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ âñêðûë íîâûå ïóòè ðåãóëÿöèè è âçàèìîäåéñòâèÿ ãîìåîçèñíûõ è íåãîìåîçèñíûõ ãåíîâ. Íàïðèìåð, íåäàâíî ïîêàçàíî, ÷òî íîãà è àíòåííà ÿâëÿþòñÿ â íåêîòîðîì ðîäå ãîìîëîãè÷íûìè ñòðóêòóðàìè è ðàçëè÷èÿ ìåæäó íèìè âîçíèêàþò áëàãîäàðÿ äåéñòâèþ ãåíà Antp, êîòîðûé ðåïðåññèðóåò ãåíû extradenticle (exd) è homothorax (hth), äåòåðìèíèðóþùèå ðàçâèòèå àíòåííû. Ãåíû exd è hth ñîäåðæàò ãîìåîáîêñû, íî äðóãîãî òèïà, íåæåëè ãîìåîçèñíûå ãåíû. Íàðóøåíèå ôóíêöèè ãåíà exd èëè hth âûçûâàåò ïðåâðàùåíèå àííòåíû â íîãó, ïðè÷åì ýòî ìîæåò ïðîèñõîäèòü áåç àêòèâàöèè ãåíà Antp. Ëþáîïûòíî, ÷òî ìûøèíûé ãîìîëîã ãåíà hth (Meis1) ñîõðàíÿåò ýòó ôóíêöèþ; ýêòîïè÷åñêàÿ ýêñïðåññèÿ ãåíà Meis1 âûçûâàåò òðàíñôîðìàöèþ àíàëüíîé ïëàñòèíêè â àíòåííó è àðèñòû. Ìîæíî îæèäàòü, ÷òî â áëèæàéøèå ãîäû áóäóò ðàñøèôðîâàíû ìîëåêóëÿðíûå ìåõàíèçìû äåéñòâèÿ ãîìåîçèñíûõ ãåíîâ è áóäåò ïîíÿò ïðèíöèï èõ èåðàðõè÷íîé ðåãóëÿöèè.

Ñïèñîê ðåêîìåíäóåìîé ëèòåðàòóðû Àéàëà Ô., Êàéãåð Äæ. Ñîâðåìåííàÿ ãåíåòèêà. Ìèð, Ìîñêâà, 1988. Ãèëáåðò Ñ. Áèîëîãèÿ ðàçâèòèÿ. ò.1, Ìèð, Ìîñêâà, 1993. Ðýôô Ð., Êîôìàí Ò. Ýìáðèîíû, ãåíû è ýâîëþöèÿ. Ìèð, Ìîñêâà, 1986. Ashburner M. Drosophila. A Laboratory Handbook. Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1989. Duboule D., Morata G. Colinearity and functional hierarchy among genes of the homeotic complexes. Trends in Genetics, v.10, pp 358-364 (1994). Foe V.E. Mitotic domains reveal early commitment of cells in Drosophila embryos.Cell, v.107, pp 1-22 (1989). Gehring W.J. Imaginal discs: determination. In: The Genetics and Biology of Drosophila. Eds. M.Ashburner and T.R.F.Wright. Academic Press, New York. Vol.2c, pp 511-554. Fullilove L.S., Jacobson A.G., Turner F.R. Embryonic development: descriptive. In: The Genetics and Biology of Drosophila. Eds. M.Ashburner and T.R.F.Wright. Academic Press, New York. Vol.2c, pp 103-228 (1978). Hadorn E. Transdetermination. In: The Genetics and Biology of Drosophila. Eds.M.Ashburner and T.R.F.Wright. Academic Press, New York. Vol.2c, pp 555-617 (1978). Illmensee K. Developmental potencies of nuclei from cleavage, preblastoderm, and syncytial blastoderm transplanted into unfertilized eggs of Drosophila melanogaster. Wilhelm Rouxs Archiv, v.170, pp 267-298 (1972). Illmensee K. The potentialities of

___________________________________________________________________________________

2-65

Ãëàâà 2. Ãåíû ðàçâèòèÿ äðîçîôèëû ______________________________________________________________________________ transplanted early gastrula nuclei of Drosophila melanogaster. Production of their imago descendants by germ-line transplantation. Wilhelm Rouxs Archiv, v.171, pp 331-343 (1973). Ingham P.W. The molecular genetics of embryonic pattern formation in Drosophila.Nature, v.335, pp 25-34 (1988). Mahowald A.P., Hardy P.A. Genetics of Drosophila embryogenesis. Annual Review of Genetics, v.19, pp 149-177, (1985). Nusslein-Folhard C.Gradient that organizes embryo development. Scientific American, August, pp 38-43 (1996). Spradling A.C. Developmental genetics of oogenesis. In: Development of Drosophila melanogaster. Ed. Bate Martinez Arias, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York. pp 1-70 (1993). Zalokar M. Transplantation of nuclei in Drosophila melanogaster.Proceedings of National Academy of Sciences of USA, v.68, pp 1539-1541.

___________________________________________________________________________________

2-66

Ãëàâà 3. Ðàííåå ðàçâèòèå ìëåêîïèòàþùèõ

______________________________________________________________________________

Îãëàâëåíèå ÃËÀÂÀ 3. ÐÀÍÍÅÅ ÐÀÇÂÈÒÈÅ ÌËÅÊÎÏÈÒÀÞÙÈÕ ............................... 2 3.1. ÏÐÅÄÇÀÐÎÄÛØÅÂÎÅ ÐÀÇÂÈÒÈÅ.......................................................... 3 3.1.1. Îáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà ðàçâèòèÿ ìëåêîïèòàþùèõ .............................. 3 3.1.2. Õàðàêòåðèñòèêà ïåðâè÷íûõ ïîëîâûõ êëåòîê ........................................ 4 3.1.3. Ïîëîâûå êëåòêè â èíäèôôåðåíòíûõ çà÷àòêàõ ãîíàä ........................... 7 3.1.4. Èíèöèàöèÿ ìåéîçà ...................................................................................... 9 3.1.5. Ðàçâèòèå ïîëîâûõ êëåòîê ó ÷åëîâåêà ................................................... 10 3.1.6. Ìåéîç ........................................................................................................... 11 3.1.6.1. Ðàííÿÿ ïðîôàçà ..................................................................................... 12 3.1.6.2. Ïîçäíÿÿ ïðîôàçà .................................................................................... 12 3.1.7. Ñîçðåâàíèå ôîëëèêóëîâ ........................................................................... 14 3.1.8. Ñîçðåâàíèå îîöèòà .................................................................................... 17 3.1.9. Ìîëåêóëÿðíûå ïðîöåññû, îòâåòñòâåííûå çà ñîçðåâàíèå îîöèòà ..... 20 3.1.10. Îïëîäîòâîðåíèå è ðàííèå ýòàïû äðîáëåíèÿ ýìáðèîíà .................... 22 3.1.10.1. Ñïåðìèé ................................................................................................. 23 3.1.10.2. Ñòðîåíèå çðåëîé ÿéöåêëåòêè ............................................................. 23 3.1.11. Ïðîöåññ îïëîäîòâîðåíèÿ ó ìëåêîïèòàþùèõ ...................................... 27 3.1.12. Ìîëåêóëÿðíûå ìåõàíèçìû àêòèâàöèè ÿéöåêëåòêè ......................... 32 3.1.12.1. Çàâåðøåíèå ìåéîçà .............................................................................. 34 3.1.2. ÐÀÍÍÈÉ ÝÌÁÐÈÎÃÅÍÅÇ ..................................................................... 35 3.1.2.1. Äðîáëåíèå ................................................................................................ 37 3.1.2.2. Äâóõáëàñòîìåðíûé ýìáðèîí ................................................................. 39 3.1.2.3. Îáðàçîâàíèå ìîðóëû ............................................................................. 40 3.1.2.4. Îáðàçîâàíèå áëàñòîöèñòû .................................................................... 41 3.1.2.5. Íåêîòîðûå ñâîéñòâà êëåòîê ÒÝ è ÂÊÌ ............................................. 43 3.1.2.6. Òîòèïîòåíòíîñòü áëàñòîìåðîâ ðàííèõ ýìáðèîíîâ ........................... 43 3.1.2.7. Ìîíîçèãîòíûå áëèçíåöû ..................................................................... 44 3.1.2.8. Ïðîñïåêòèâíûå ïîòåíöèè ðàçëè÷íûõ ÷àñòåé áëàñòîöèñòû ........... 45 3.1.2.9. Ïðåîáðàçîâàíèå áëàñòîöèñòû â çàðîäûøåâûé öèëèíäð ................ 48 Ñïèñîê ðåêîìåíäóåìîé ëèòåðàòóðû ................................................................ 49

___________________________________________________________________________________

3-1


______________________________________________________________________________

ÃËÀÂÀ 3

ìåñÿöåâ, íàïðèìåð, ÷åëîâåê, ñëîí, êîðîâà), ÷åì ó ìåëêèõ, òàêèõ êàê ÐÀÍÍÅÅ ãðûçóíû (îò 3 äî 4 íåäåëü). Èìååò ÐÀÇÂÈÒÈÅ ÌËÅÊÎÏÈÒÀÞÙÈÕ. ñìûñë òàêæå ðàçäåëèòü âñåõ ìëåêîïèòàþùèõ íà äâå áîëüøèå Ìëåêîïèòàþùèå èìåþò ãðóïïû, ðàçëè÷àþùèåñÿ òèïîì ðåãóëÿöèîííûé òèï ÿéöà, è âíóòðèóòðîáíîãî è ïîñòíàòàëüíîãî ðàçâèòèå õàðàêòåðèçóåòñÿ ðàçâèòèÿ: ó îäíîé ãðóïïû æèâîòíûõ àññèíõðîííîñòüþ äèôôåðåíöèðîâêè (íàïðèìåð, íåêîòîðûå âèäû ãðûçóíîâ, ðàçëè÷íûõ ÷àñòåé ýìáðèîíà, à òàêèå êàê ìûøè, õîìÿ÷êè, ïîëåâêè, äåòåðìèíàöèÿ ñóäüáû âñòóïàþùèõ èëè, íàïðèìåð, õèùíûå èëè ïðèìàòû) íà ïóòü äèôôåðåíöèðîâêè êëåòîê íîâîðîæäåííûå æèâîòíûå èìåþò ìîæåò ïðîèñõîäèòü â òå÷åíèè âñåãî íåäîðàçâèòóþ öåíòðàëüíóþ ñèñòåìó è ýìáðèîãåíåçà è äàæå â ñèñòåìó ãóìîðàëüíîãî èììóíèòåòà, òî ïîñòíàòàëüíîì îíòîãåíåçå. åñòü ó ýòîé ãðóïïû æèâîòíûõ â Ïðèíÿòî ðàçäåëÿòü ðàçâèòèå ïîñòíàòàëüíîì îíòîãåíåçå èìååò ìëåêîïèòàþùèõ íà ñëåäóþùèå ìåñòî òêàíåâàÿ äèôôåðåíöèðîâêà è ïåðèîäû: äàæå ÷àñòè÷íî îðãàíîãåíåç. Âòîðàÿ 1) Ïðîöåññû, ïðåäøåñòâóþùèå ãðóïïà æèâîòíûõ (íàïðèìåð, îáðàçîâàíèþ çàðîäûøà, òàêèå êàê íåêîòîðûå âèäû ãðûçóíîâ, òàêèå êàê âîçíèêíîâåíèå ïåðâè÷íûõ ïîëîâûõ ìîðñêèå ñâèíêè, íóòðèè, èëè ìíîãèå êëåòîê, èõ ðàçìíîæåíèå è âèäû ïàðíî- è íåïàðíîêîïûòíûõ, äèôôåðåíöèðîâêà, à òàêæå îëåíè, ëîøàäè, çåáðû) õàðàêòåðèçóåòñÿ îïëîäîòâîðåíèå, - îáúåäèíÿþò òåì, ÷òî íîâîðîæäåííûå æèâîòíûå ïîíÿòèåì ïðåäçàðîäûøåâîå ðàçâèòèå ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ èëè ïðîãåíåç. ïðèñïîñîáëåíû ê ñàìîñòîÿòåëüíîìó 2) Ðàííèé ýìáðèîãåíåç, êîòîðûé îáðàçó æèçíè (çà èñêëþ÷åíèåì ïèòàíèÿ íà÷èíàåòñÿ îò ìîìåíòà ìîëîêîì ìàòåðè), òî åñòü ó íèõ îïëîäîòâîðåíèÿ è çàâåðøàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè çàâåðøåíû ïðîöåññû èìïëàíòàöèåé çàðîäûøà â ñòåíêó îðãàíîãåíåçà è òêàíåâîé ìàòêè. äèôôåðåíöèðîâêè, ÷òî 3) Âíóòðèóòðîáíûé ïåðèîä îáóñëàâëèâàåò ñòàíîâëåíèå ðàçâèòèÿ îõâàòûâàåò ïåðèîä îò îñíîâíûõ ôèçèîëîãè÷åñêèõ ìîìåíòà èìïëàíòàöèè äî ðîæäåíèÿ. ôóíêöèé, à ïîñòíàòàëüíûé îíòîãåíåç 4) Ïîñòíàòàëüíûé îíòîãåíåç - õàðàêòåðèçóåòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî ýòî ïåðèîä ðàçâèòèÿ îò ìîìåíòà òîëüêî ðîñòîì. Îäíàêî ñëåäóåò èìåòü ðîæäåíèÿ äî ôîðìèðîâàíèÿ â âèäó, ÷òî ó îáåèõ ãðóïï æèâîòíûõ äåôèíèòèâíîãî âçðîñëîãî îðãàíèçìà. ïðîèñõîäèò ïîëîâîå ñîçðåâàíèå â Ïðîäîëæèòåëüíîñòü ýòèõ ïîñòíàòàëüíîì îíòîãåíåçå, ÷òî ïåðèîäîâ ðàçâèòèÿ âàðèèðóåò ó ðàçíûõ ïîäðàçóìåâàåò çàâåðøåíèå ïðîöåññîâ âèäîâ ìëåêîïèòàþùèõ. Êàê ïðàâèëî, ó òêàíåâîé äèôôåðåíöèðîâêè è êðóïíûõ æèâîòíûõ âíóòðèóòðîáíûé ìîðôîãåíåçà â ãîíàäàõ è ñòðóêòóðàõ ïåðèîä çíà÷èòåëüíî äëèííåå (äî 9 âòîðè÷íûõ ïîëîâûõ ïðèçíàêîâ.

___________________________________________________________________________________

3-2


______________________________________________________________________________

Áåçóñëîâíî âñå ïåðå÷èñëåííûå âûøå ñòàäèè èíäèâèäóàëüíîãî ðàçâèòèÿ ìëåïèòàþùèõ âàæíû è èìåþò ñâîþ ñïåöèôèêó. Òåì íå ìåíåå íåêîòîðûå êëþ÷åâûå ñîáûòèÿ, ñâÿçàííûå ñ äåòåðìèíàöèåé è ýìáðèîíàëüíîé äèôôåðåíöèðîâêîé (îáîñîáëåíèå ïåðâè÷íûõ ïîëîâûõ êëåòîê, èíàêòèâàöèÿ Õ-õðîìîñîì, ôîðìèðîâàíèå ñîáñòâåííî çàðîäûøåâûõ è âíåçàðîäûøåâûõ çà÷àòêîâ, íåêîòîðûå ýëåìåíòû èìïðèíòèíãà), ïðîèñõîäÿò â ïðåäçàðîäûøåâîì ïåðèîäå è ðàííåì ýìáðèîãåíåçå. Â ñâÿçè ñ ýòèì â äàëüíåéøåì íàøå âíèìàíèå, â çíà÷èòåëüíîé ìåðå, áóäåò ñîñðåäîòî÷åíî íà ýòèõ ñòàäèÿõ ðàçâèòèÿ.

ðåàëèçàöèÿ ïåðâîé ïðîãðàììû ðàçâèòèÿ) è ïîëîâûå (îáåñïå÷èâàþùèå âîçíèêíîâåíèå íîâîãî ïîêîëåíèÿ îðãàíèçìîâ) âåðîÿòíî ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îäèí èç ïåðâûõ ýòàïîâ ýìáðèîíàëüíîé äèôôåðåíöèðîâêè, êîòîðûé èìååò ìåñòî çàäîëãî äî ôîðìèðîâàíèÿ âèäèìûõ ìîðôîëîãè÷åñêè çà÷àòêîâ ãîíàä. Ïåðâîíà÷àëüíî îòäåëèâøàÿñÿ ãðóïïà êëåòîê â ðàííåì ýìáðèîíå â äàëüíåéøåì ìèãðèðóåò â ðàçâèâàþùèåñÿ çà÷àòêè ãîíàä, ãäå îíè äèôôåðåíöèðóþòñÿ â ãàìåòû - êëåòêè, ó÷àñòâóþùèå â îïëîäîòâîðåíèè. Ðàçâèòèå ãàìåò íàçûâàåòñÿ ãàìåòîãåíåçîì. Ñëåäóåò òàêæå îòìåòèòü, ÷òî ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå â ãàìåòîãåíåçå, ìîãóò îêàçûâàòü ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà ðàçâèòèå 3 . 1 . Ï Ð Å Ä Ç À Ð Î Ä Û Ø Å Â Î Å ýìáðèîíà îò ìîìåíòà îïëîäîòâîðåíèÿ ÐÀÇÂÈÒÈÅ. è äàæå â ïîñòíàòàëüíîì îíòîãåíåçå. Ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ 3.1.1. Îáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà íà÷èíàåòñÿ ïðîöåññ äåëåíèÿ ðàçâèòèÿ ìëåêîïèòàþùèõ. äðîáëåíèÿ, ïðè ýòîì öèòîïëàçìà ÿéöà «ðàñïðåäåëÿåòñÿ» ìåæäó äðîáÿùèìèñÿ Íîâûé îðãàíèçì âîçíèêàåò â áëàñòîìåðàìè. Ðàçâèâàþùèéñÿ ðåçóëüòàòå ñëèÿíèÿ äâóõ ïîëîâûõ äîèìïëàíòàöèîííûé çàðîäûø ïî êëåòîê - ñïåðìèÿ è ÿéöà, òî åñòü â ñâîèì ðàçìåðàì íå ïðåâûøàåò ðåçóëüòàòå îïëîäîòâîðåíèÿ. ðàçìåðîâ çðåëîé ÿéöåêëåòêè, è, õîòÿ Ïðåäøåñòâåííèêè ïîëîâûõ êëåòîê ãåíû çàðîäûøà íà÷èíàþò íàçûâàþòñÿ ïåðâè÷íûìè ïîëîâûìè çêñïðåññèðîâàòüñÿ ó ìëåêîïèòàþùèõ êëåòêàìè. Ýòè êëåòêè îáîñîáëÿþòñÿ îòíîñèòåëüíî ðàíî, åãî æèçíåâ îòäåëüíóþ ãðóïïó íà ñàìûõ ðàííèõ äåÿòåëüíîñòü îáåñïå÷èâàåòñÿ è çà ñ÷åò ýòàïàõ ýìáðèîãåíåçà äëÿ ïðîäóêòîâ, íàêîïëåííûõ â ÿéöåêëåòêå îñóùåñòâëåíèÿ ðåïðîäóêòèâíîé â ïðîöåññå îîãåíåçà. Ïîêàçàíî, ÷òî ôóíêöèè èëè, êàê îòìå÷àëîñü â ââîäíîé ðàçâèòèå ýìáðèîíà in vitro îò ìîìåíòà ëåêöèè, äëÿ ðåàëèçàöèè âòîðîé îïëîäîòâîðåíèÿ äî áëàñòîöèñòû ïðîãðàììû ðàçâèòèÿ . Âñå îñòàëüíûå âîçìîæíî â ïðîñòîé ïèòàòåëüíîé êëåòêè íàçûâàþòñÿ ñîìàòè÷åñêèìè. ñðåäå, ñîäåðæàùåé òîëüêî ïèðóâàò è Ýòî ðàçäåëåíèå íà ñîìàòè÷åñêèå ñîëè. êëåòêè (äàþùèå íà÷àëî Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, ó èíäèâèäóàëüíîìó îðãàíèçìó, ìëåêîïèòàþùèõ ÿéöåêëåòêà èìååò

___________________________________________________________________________________

3-3


______________________________________________________________________________

ðåãóëÿöèîííûé òèï îðãàíèçàöèè, òî åñòü â åå öèòîïëàçìå îòñóòñòâóþò ðåãèîíàëüíî ñåãðåãèðîâàííûå äåòåðìèíàíòû, êàê ýòî èìååò ìåñòî ó äðîçîôèëû, èìåþùåé ìîçàè÷íûé òèï ðàçâèòèÿ. Â ýòîì óáåæäàþò îïûòû ïî èíòåíñèâíîìó ïåðåìåøèâàíèþ öèòîïëàçìû ÿéöà, êîòîðîå íå ïðèâîäèò ê çàìåòíûì èçìåíåíèÿì ðàçâèòèÿ. Íàïðèìåð, â ìíîãî÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòàõ ïî öåíòðèôóãèðîâàíèþ îïëîäîòâîðåííûõ ÿéöåêëåòîê ðàçëè÷íûõ æèâîòíûõ (ñâèíüè, îâöû, êîðîâû, íîðêè) ïîêàçàíî, ÷òî íåñìîòðÿ íà ñìåùåíèå ê îäíîìó èç ïîëþñîâ ñóáêëåòî÷íûõ ñòðóêòóð, æåëòî÷íûõ ãðàíóë è äðóãèõ êîìïîíåíòîâ öèòïëàçìû â ðåçóëüòàòå ýòîé ïðîöåäóðû, ðàçâèòèå èç òàêèõ ÿéö âîçìîæíî, è âèäèìûõ îòêëîíåíèé íå íàáëþäàåòñÿ. Åùå áîëåå óáåäèòåëüíî ýòî áûëî ïîêàçàíî â ýêñïåðèìåíòàõ ïî ïåðåìåøèâàíèþ öèòîïëàçìû îïëîäîòâîðåííûõ ÿéöåêëåòîê ìûøè. Ñ ýòîé öåëüþ â öèòîïëàçìó ÿéöà ââîäèëè ñ ïîìîùüþ ìèêðîìàíèïóëÿòîðà ìèêðîèãëó, ñîåäèíåííóþ ñ ïüåçîýëåìåíòîì, âûçûâàþùèì åå âûñîêî÷àñòîòíîå êîëåáàíèå (áîëåå 70 êîëåáàíèé â ñåêóíäó). Â ðåçóëüòàòå òàêîé îáðàáîòêè (äî 30 ñåêóíä) â öèòîïëàçìå ÿéöà âîçíèêàþò ïîòîêè, êàê ýòî ïðîèñõîäèò â ñòèðàëüíîé ìàøèíå, âûçûâàþùèå èíòåíñèâíîå ïåðåìåøèâàíèå öèòîïëàçìû. Îáðàáîòàííûå òàêèì îáðàçîì ÿéöà êóëüòèâèðîâàëèñü in vitro è çàòåì òðàíñïëàíòèðîâàëèñü â ìàòêó ïðèåìíûì ìàòåðÿì. Â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ íàáëþäàëîñü íîðìàëüíîå ðàçâèòèå èç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ÿèö. Îäíàêî åñòü îñíîâàíèÿ ïîëàãàòü, ÷òî â çðåëîé èëè óæå îïëîäîòâîðåííîé

ÿéöåêëåòêå ñóùåñòâóþò íåèäåíòèôèöèðîâàííûå öèòîïëàçìàòè÷åñêèå ôàêòîðû, êîòîðûå îêàçûâàþò âëèÿíèå íà ïðîäîëæèòåëüíîñòü ïåðâîãî êëåòî÷íîãî öèêëà (âîçìîæíî, âòîðîãî è äàæå òðåòüåãî), ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, îïðåäåëÿåò äàëüíåéøèé ïóòü ðàçâèòèÿ ïîòîìêîâ ïåðâûõ äâóõ áëàñòîìåðîâ çàðîäûøà. Ïîòîìêè áëàñòîìåðà, êîòîðûé õàðàêòåðèçóåòñÿ áîëåå âûñîêîé ñêîðîñòüþ êëåòî÷íîãî äåëåíèÿ, ñ áîëüøåé âåðîÿòíîñòüþ äàäóò íà÷àëî ðàçâèòèþ âíóòðåííåé êëåòî÷íîé ìàññû (ÂÊÌ), òîãäà êàê ïîòîìêè âòîðîãî áëàñòîìåðà ñ áîëüøåé âåðîÿòíîñòüþ ñòàíóò èñòî÷íèêîì äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ âíåçàðîäûøåâûõ ÷àñòåé ýìáðèîíà. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ óñòàíîâëåíî, ÷òî íîðìàëüíîå ðàçâèòèå ìëåêîïèòàþùèõ âîçìîæíî òîëüêî ïðè îáúåäèíåíèè îòöîâñêîãî è ìàòåðèíñêîãî íàáîðà õðîìîñîì â çèãîòå, òî åñòü íè äèïëîèäíûé íàáîð îòöîâñêèõ ãåíîâ, íè äèïëîèäíûé íàáîð ìàòåðèíñêèõ ãåíîâ íåäîñòàòî÷åí äëÿ íîðìàëüíîãî ðàçâèòèÿ. Äðóãèìè ñëîâàìè, ðîäèòåëüñêèå íàáîðû õðîìîñîì ìëåêîïèòàþùèõ êîìïëåìåíòàðíû (äîïîëíÿþò äðóã äðóãà). Ôåíîìåí êîìïëåìåíòàðíîñòè ñâÿçàí ñî ñïåöèôè÷åñêèì èìïðèíòèíãîì õðîìîñîì, êîòîðûé îñóùåñòâëÿåòñÿ â ãàìåòîãåíåçå. 3.1.2.Õàðàêòåðèñòèêà ïåðâè÷íûõ ïîëîâûõ êëåòîê. Ïåðâè÷íûå ïîëîâûå êëåòêè (ÏÏÊ) èìåþò âíåãîíàäíîå ïðîèñõîæäåíèå è äàþò íà÷àëî âñåé ïîïóëÿöèè ãàìåò ìëåêîïèòàþùèõ. Îò

___________________________________________________________________________________

3-4


______________________________________________________________________________

ñîìàòè÷åñêèõ êëåòîê ÏÏÊ ìîæíî ñ óâåðåííîñòüþ îòëè÷èòü ëèøü íà ôèêñèðîâàííûõ ïðåïàðàòàõ, èñïîëüçóÿ ãèñòîõèìè÷åñêèå ìåòîäû âûÿâëåíèÿ â íèõ àêòèâíîñòè ùåëî÷íîé ôîñôàòàçû, à ó ÷åëîâåêà - è ïðè îêðàñêå íà ïîëèñàõàðèäû. Äðóãèõ íàäåæíûõ ìàðêåðîâ, ïîçâîëÿþùèõ âèçóàëèçèðîâàòü ÏÏÊ, íå ñóùåñòâóåò. Ïîñëå ïðèîáðåòåíèÿ ÏÏÊ ôåíîòèïà, êîòîðûé ïîçâîëÿåò âûÿâëÿòü èõ íà ãèñòîëîãè÷åñêèõ ïðåïàðàòàõ çàðîäûøåé ïîñëåäîâàòåëüíûõ ñòàäèé ðàçâèòèÿ, ìîæíî ïðîñëåäèòü çà ìèãðàöèåé ÏÏÊ äî çà÷àòêà ãîíàäû. Êàê óæå ãîâîðèëîñü, âûäåëåíèå ëèíèè ÏÏÊ ïðîèñõîäèò íà ñàìûõ ðàííèõ ñòàäèÿõ ýìáðèîãåíåçà. Îäíàêî, ôåíîòèïè÷åñêè îíè âûÿâëÿþòñÿ óæå ïîñëå èìïëàíòàöèè çàðîäûøà. Âíà÷àëå ÏÏÊ îáíàðóæèâàþòñÿ â ïåðâè÷íîé ïîëîñêå è â îñíîâàíèè àëëàíòîèñà, çàòåì â ýíòîäåðìå æåëòî÷íîãî ìåøêà è â çàäíåé êèøêå, çàòåì â ýíòîäåðìå ñðåäíåé êèøêè, â äîðñàëüíîé áðûæåéêå è öåëîìè÷åñêîé âûñòèëêå, ïîñëå ÷åãî îíè ïîïàäàþò â ýïèòåëèé, ïîêðûâàþùèé çà÷àòîê ãîíàäû (òàê íàçûâàåìûé, çà÷àòêîâûé ýïèòåëèé) è, ïðîéäÿ ÷åðåç ýòîò ýïèòåëèé, îáíàðóæèâàþòñÿ â ïîëîâûõ âàëèêàõ, ò.å. â çà÷àòêàõ ãîíàä. Íà ðàííèõ ñòàäèÿõ ýìáðèîãåíåçà ÏÏÊ, âåðîÿòíåå âñåãî, ïåðåäâèãàþòñÿ ïàññèâíî, â ðåçóëüòàòå ïåðåìåùåíèÿ êëåòî÷íûõ ñëîåâ â ïðîöåññå ãàñòðóëÿöèè è ñ òîêîì êðîâè ÷åðåç ñèñòåìó îìôàëîèäíûõ ñîñóäîâ èç æåëòî÷íîãî ìåøêà. Ïîïàâ â çàäíþþ êèøêó, ÏÏÊ ïðèîáðåòàþò ñïîñîáíîñòü ê àêòèâíûì äâèæåíèÿì (ïî-âèäèìîìó, îáðàçóþò ôèëîïîäèè è âûïÿ÷èâàíèÿ, à çàòåì âîëíîîáðàçíî ñîêðàùàþò âñå

òåëî êëåòêè). Ìåõàíèçìû, îïðåäåëÿþùèå ïóòü ÏÏÊ ê çà÷àòêàì ãîíàä, íåÿñíû. Ïîëàãàþò, ÷òî ýòî îïðåäåëÿåòñÿ êàêèìè-òî õèìè÷åñêèìè ñèãíàëàìè, èñõîäÿùèìè îò çà÷àòêîâ ãîíàä. Ýòè ñèãíàëû, ïî-âèäèìîìó, ëèøåíû âèäîñïåöèôè÷íîñòè. Íàïðèìåð, ïðè òðàíñïëàíòàöèè ÷àñòè ðàííåãî çàðîäûøà ìûøè, ñîäåðæàùåãî ÏÏÊ, íà õîðèîàëëàíòîèñ çàðîäûøà öûïëåíêà, ÏÏÊ ìûøè ïåðåäâèãàþòñÿ ê çà÷àòêàì ãîíàä öûïëåíêà. Âåðîÿòíî òàêæå, ÷òî ïðè ïðîäâèæåíèè ÏÏÊ ïî êèøêå, îíè âñòóïàþò â êàêèå-òî âçàèìîäåéñòâèÿ ñ áàçàëüíûìè ìåìáðàíàìè, ÷òî îêàçûâàåò âëèÿíèå íà íàïðàâëåíèå èõ äâèæåíèÿ. Ìåõàíèçì ýòîãî âçàèìîäåéñòâèÿ íåÿñåí. Îòíþäü íå âñå ÏÏÊ ïîïàäàþò â çà÷àòîê ãîíàäû. Èõ ìîæíî íàéòè ó çàðîäûøåé ìûøåé â ñîñòàâå êîæíîé ýêòîäåðìû, â ìåçåíõèìå, îêðóæàþùåé íåðâíóþ òðóáêó, â êèøêå, â ìåçîíåôðîñå, â íàäïî÷å÷íèêå è â äðóãèõ ýêòîïè÷åñêèõ ìåñòàõ. Íå ïîïàâøèå â ãîíàäû ÏÏÊ ìîãóò ñîõðàíÿòüñÿ íå òîëüêî â ïðåíàòàëüíîì, íî è â ïîñòíàòàëüíîì ïåðèîäå è, êàê ïîëàãàþò, ìîãóò ñëóæèòü èñòî÷íèêîì îïóõîëåé. Îäíàêî ýòà äîâîëüíî ðàñïðîñòðàíåííàÿ ñðåäè îíêîëîãîâ òî÷êà çðåíèÿ ëèøåíà ñòðîãèõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äîêàçàòåëüñòâ. Òàê, íàïðèìåð, åñëè òðàíñïëàíòèðîâàòü â ïåðåäíþþ êàìåðó ãëàçà çà÷àòîê çàäíåé êèøêè ìûøèíîãî çàðîäûøà, â êîòîðîì íàõîäèòñÿ ìíîãî ìèãðèðóþùèõ ÏÏÊ, òî ÷åðåç òðè÷åòûðå äíÿ ÏÏÊ èç òðàíñïëàíòàòà èñ÷åçàþò. Ýòè è äðóãèå îïûòû ñâèäåòåëüñòâóþò î ìàëîé âåðîÿòíîñòè ïðåîáðàçîâàíèÿ «çàáëóäèâøèõñÿ» ÏÏÊ

___________________________________________________________________________________

3-5


______________________________________________________________________________

â ñòîëîâûå îïóõîëåâûå êëåòêè. ÏÏÊ ìëåêîïèòàþùèõ (çà èñêëþ÷åíèåì ÷åëîâåêà) ïðîÿâëÿþò âûñîêóþ ìèòîòè÷åñêóþ àêòèâíîñòü â ïðîöåññå ìèãðàöèè. Íàïðèìåð, ó ìûøè ïåðâîíà÷àëüíî íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî ÏÏÊ íàêàíóíå íà÷àëà ìèãðàöèè (8 ñóò.) ê ìîìåíòó âíåäðåíèÿ â ãîíàäó (11 ñóò.) óâåëè÷èâàåòñÿ áîëåå ÷åì â 50 ðàç. Ïîñëå ïîïàäàíèÿ â ãîíàäó ïðîëèôåðàöèÿ ÏÏÊ ïðîäîëæàåòñÿ. Ðàçëè÷èé â òåìïàõ ïðîëèôåðàöèè ÏÏÊ ìóæñêîãî è æåíñêîãî ïîëà íå îáíàðóæåíî. Ó ÷åëîâåêà ìèãðèðóþùèå ÏÏÊ íå ïðîÿâëÿþò ñóùåñòâåííîé ìèòîòè÷åñêîé àêòèâíîñòè, è èõ ðàçìíîæåíèå â îñíîâíîì îñóùåñòâëÿåòñÿ â çà÷àòêå ãîíàäû. ÏÏÊ ÿâëÿþòñÿ äèïëîèäíûìè êëåòêàìè, òo åñòü ó ýìáðèîíîâ æåíñêîãî ïîëà îíè èìåþò XX, à ó ýìáðèîíîâ ìóæñêîãî ïîëà - XY ïîëîâûå õðîìîñîìû. Î ôóíêöèîíàëüíîì ñîñòîÿíèè Y õðîìîñîìû â ìèãðèðóþùèõ ÏÏÊ ìóæñêîãî ïîëà óáåäèòåëüíûõ äàííûõ íåò. Â ÏÏÊ, íàõîäÿùèõñÿ â çà÷àòêå ãîíàäû, Y õðîìîñîìà ïî-âèäèìîìó, àêòèâíà. Î ñîñòîÿíèè Õ õðîìîñîì â ïðîöåññå ðàçâèòèÿ æåíñêèõ ïîëîâûõ êëåòîê óáåäèòåëüíûå äàííûå ïîëó÷åíû äëÿ çàðîäûøåé ÷åëîâåêà. Èñïîëüçîâàëèñü ÷óâñòâèòåëüíûå öèòîëîãè÷åñêèå ìåòîäû, ïîçâîëÿþùèå ñ óâåðåííîñòüþ âûÿâëÿòü íàëè÷èå èëè îòñóòñòâèå òåëüöà ïîëîâîãî õðîìàòèíà íàäåæíîãî ïîêàçàòåëÿ ãåòåðîõðîìàòèçàöèè îäíîé Õ õðîìîñîìû â êëåòêàõ ÷åëîâåêà (íî íå â êëåòêàõ ìûøåé). Óñòàíîâëåíû ÷åòêèå îòëè÷èÿ ÿäåð ìèãðèðóþùèõ ÏÏÊ

æåíñêîãî ïîëà îò ÿäåð ñîìàòè÷åñêèõ êëåòîê. ßäðà ÏÏÊ èìåþò áîëåå êðóïíûå ðàçìåðû, îêðóãëóþ ôîðìó è öåíòðàëüíî ðàñïîëîæåííîå áîëüøîå ÿäðûøêî. Ïî ñâîåé îðãàíèçàöèè îíè íåñêîëüêî íàïîìèíàþò ÿäðà áëàñòîìåðîâ ðàííèõ çàðîäûøåé. Â íèõ íå âûÿâëÿåòñÿ ñòðóêòóðíûé ãåòåðîõðîìàòèí, à òàêæå òåëüöå ïîëîâîãî õðîìàòèíà. Âìåñòå ñ òåì â ÿäðàõ ñîìàòè÷åñêèõ êëåòîê òåëüöå ïîëîâîãî õðîìàòèíà çàìåòíî î÷åíü ÷åòêî. Òàêèì îáðàçîì, öèòîëîãè÷åñêèå äàííûå ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî â ìèãðèðóþùèõ ê çà÷àòêàì ãîíàä ÏÏÊ æåíñêîãî ïîëà îáå Õ õðîìîñîìû àêòèâíû (ïîäðîáíåå ðåàêòèâàöèÿ Õ õðîìîñîì â ïðîöåññå ãàìåòîãåíåçà áóäåò ðàññìîòðåíà â ãëàâå Èíàêòèâàöèÿ Õ-õðîìîñîì, êàê ïðèìåð äèôôåðåíöèàëüíîé àêòèâíîñòè ãåíîâ íà õðîìîñîìíîì óðîâíå). Êîãäà ÏÏÊ âíåäðÿþòñÿ ìåæäó êëåòêàìè ýïèòåëèÿ, ïîêðûâàþùåãî çà÷àòîê ãîíàäû, ïðîèñõîäÿò óëüòðàñòðóêòóðíûå èçìåíåíèÿ è â ÏÏÊ, è â êëåòêàõ ýïèòåëèÿ, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î êàêèõ-òî âçàèìîäåéñòâèÿõ, ïðèðîäà êîòîðûõ íå ÿñíà. Çàñåëåíèå ÏÏÊ çà÷àòêà ãîíàäû ó çàðîäûøà ÷åëîâåêà ïðîèñõîäèò íà 35 ñóò. ðàçâèòèÿ. Çàòåì íà÷èíàþòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíûå èçìåíåíèÿ ÿäåð ÏÏÊ, â íèõ ïîÿâëÿåòñÿ ñòðóêòóðíûé ãåòåðîõðîìàòèí è âîçíèêàåò ãëûáêà ïîëîâîãî õðîìàòèíà. Ãåòåðîõðîìàòèçàöèÿ îäíîé Õ õðîìîñîìû çíàìåíóåò ïðåâðàùåíèå ÏÏÊ â îîãîíèè, è ýòî ïðîèñõîäèò òîãäà, êîãäà ÏÏÊ óæå íàõîäÿòñÿ â çà÷àòêàõ ãîíàä. Ïîñëå äèôôåðåíöèàöèè ÏÏÊ â

___________________________________________________________________________________

3-6


______________________________________________________________________________

îîãîíèè íà÷èíàåòñÿ ðàçìíîæåíèå îîãîíèé. Íà ïðîòÿæåíèè âñåãî ïåðèîäà ðàçìíîæåíèÿ îîãîíèé ÷åëîâåêà â ãîíàäå, â íèõ âûÿâëÿåòñÿ îäíà ãåòåðîõðîìàòèçðîâàííàÿ Õ õðîìîñîìà. Îáå Õ õðîìîñîìû ñòàíîâÿòñÿ àêòèâíûìè, òîëüêî êîãäà îîãîíèÿ çàâåðøàåò ïðåäìåéîòè÷åñêèé ìèòîç è âñòóïàåò â ìåéîç. È ó ÷åëîâåêà, è ó ìûøè ñîñòîÿíèå Õ õðîìîñîì â ÏÏÊ, íàõîäÿùèõñÿ â ãîíàäàõ, ïðèìåðíî îäèíàêîâî. Î ñîñòîÿíèè æå Õ õðîìîñîì â ìèãðèðóþùèõ ê çà÷àòêó ãîíàäû ÏÏÊ ìûøè è äðóãèõ ìëåêîïèòàþùèõ íåèçâåñòíî.

ïðîòîêîâ è ïðîãðåññèâíîå ðàçâèòèå ïðîèçâîäíûõ âîëüôîâûõ ïðîòîêîâ, èç íèõ îáðàçóþòñÿ ïðèäàòêè ñåìåííèêà è ñåìÿâûíîñÿùèå ïðîòîêè. Ïðè ðàçâèòèè çà÷àòêà ãîíàä â ÿè÷íèê ðåäóöèðóþòñÿ âîëüôîâûå ïðîòîêè, íî ðàçâèâàþòñÿ ïðîèçâîäíûå ìþëëåðîâûõ ïðîòîêîâ, èç êîòîðûõ îáðàçóþòñÿ ìàòî÷íûå (ôàëëîïèåâûå) òðóáû, ìàòêà è âëàãàëèùå. Èç íåäèôôåðåíöèðîâàííîãî ìî÷åïîëîâîãî ñèíóñà ðàçâèâàþòñÿ íàðóæíûå ìóæñêèå è æåíñêèå ïîëîâûå îðãàíû. Èíäèôôåðåíòíûé çà÷àòîê ãîíàäû ñîäåðæèò ÏÏÊ è òðè òèïà ñîìàòè÷åñêèõ êëåòîê: êëåòêè öåëîìè÷åñêîãî 3.1.3. Ïîëîâûå êëåòêè â ýïèòåëèÿ, ìåçåíõèìû è ìåçîíåôðîñà. èíäèôôåðåíòíûõ çà÷àòêàõ ãîíàä. Ó çàðîäûøåé îáîåãî ïîëà ÏÏÊ âíà÷àëå õàîòè÷åñêè ðàñïîëàãàþòñÿ â ïåðèôåðèÕîðîøî èçâåñòíî, ÷òî ó ÷åñêèõ ÷àñòÿõ çà÷àòêà ãîíàäû ñðåäè ìëåêîïèòàþùèõ âíà÷àëå âîçíèêàåò ñîìàòè÷åñêèõ êëåòîê. Çàòåì íà÷èíàèíäèôôåðåíòíûé çà÷àòîê ïîëîâîé åòñÿ ãèñòîëîãè÷åñêàÿ ñèñòåìû, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ äèôôåðåíöèðîâêà ñîìàòè÷åñêèõ ïàðíûå áèïîòåíöèàëüíûå çàêëàäêè êëåòîê ãîíàä, ÷òî äàåò âîçìîæíîñòü ãîíàä. Çàêëàäêà ãîíàä (ïîëîâîé âàëèê) ðàçëè÷èòü èõ ïîë. âîçíèêàåò â âèäå óòîëùåíèÿ Ñòðîãî ãîâîðÿ, îîãåíåçîì öåëîìè÷åñêîãî ýïèòåëèÿ íà (îâîãåíåçîì) íàçûâàþò ïðîöåññ ïîâåðõíîñòè ïåðâè÷íîé ïî÷êè - ðàçâèòèÿ æåíñêèõ ïîëîâûõ êëåòîê âîëüôîâà òåëà (mesonephros). Îò òåëà îò îîãîíèé è äî çðåëîé ÿéöåêëåòêè. ïåðâè÷íîé ïî÷êè ê êëîàêå òÿíåòñÿ Ïîëîâûå êëåòêè, ðàñïîëàãàþùèåñÿ âîëüôîâ ïðîòîê (ìåçîíåôðàëüíûé). Îò âíå çà÷àòêà ãîíàä èëè íàõîäÿùèåñÿ íåãî îòùåïëÿåòñÿ è èäåò ïàðàëëåëüíî â çà÷àòêå ãîíàä äî äèôôåðåíöèðîâêè ìþëëåðîâ ïðîòîê èõ â ñîìàòè÷åñêèå êëåòêè, ïðèíÿòî (ïàðàìåçîíåôðàëüíûé). îòíîñèòü ê ÏÏÊ. Åñëè èñõîäèòü èç Ïîëîâàÿ ñèñòåìà ðàçâèâàåòñÿ ïîä ýòîãî ïðèíöèïà, òî ó çàðîäûøåé âëèÿíèåì ôàêòîðîâ, âûðàáàòûâàåìûõ ìûøåé îîãîíèè îáðàçóþòñÿ íà 11,5 çàðîäûøåâûìè ãîíàäàìè ïðè èõ 12 ñóò. ðàçâèòèÿ, à çàòåì íà÷èíàåòñÿ äèôôåðåíöèðîâêå â ñåìåííèêè èëè èõ ðàçìíîæåíèå. ÿè÷íèêè. Ïàðàëëåëüíî ñ ðàçìíîæåíèåì, Ïðè äèôôåðåíöèðîâêå ãèáíåò çíà÷èòåëüíîå êîëè÷åñòâî îîãîçàðîäûøåâûõûõ ãîíàä â òåñòèñ íèé. Ñðåäè íèõ íåðåäêî ïðîèñõîäèò ðåäóêöèÿ ìþëëåðîâûõ îáíàðóæèâàþòñÿ äâóÿäåðíûå è

___________________________________________________________________________________

3-7


______________________________________________________________________________

ìíîãîÿäåðíûå êëåòêè; íåêîòîðûå îîãîíèè, âñòóïàÿ â ìèòîç, îáðàçóþò ïîëèïëîèäíûå ìåòàôàçû. Ó çàðîäûøåé ìûøåé, êðûñ è ÷åëîâåêà íàáëþäàåòñÿ ïðèìåðíî îäèíàêîâàÿ êàðòèíà ïðè ñîïîñòàâëåíèè ïîâåäåíèÿ ìóæñêèõ è æåíñêèõ ãîíèé â çà÷àòêàõ ãîíàä. Ðàññìîòðèì, êàê âåäóò ñåáÿ ãîíèàëüíûå êëåòêè ó êðûñû. Íà òåõ ñòàäèÿõ ýìáðèîãåíåçà, êîãäà â çà÷àòêå ÿè÷íèêà ïðîèñõîäèò ïðîëèôåðàöèÿ îîãîíèé, â çà÷àòêå ñåìåííèêà îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðîëèôåðàöèÿ ïðîñïåðìàòîãîíèé. Ýòó ãåíåðàöèþ ïðîñïåðìàòîãîíèé íàçûâàþò ïðîñïåðìàòîãîíèÿìè-Ì. Îîãîíèè è ïðîñïåðìàòîãîíèè-Ì õàðàêòåðèçóþòñÿ îäèíàêîâîé ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ êëåòî÷íîãî öèêëà, ñõîäíîé óëüòðàñòðóêòóðîé, èíòåíñèâíîñòüþ ñèíòåçà ÐÍÊ, ñîäåðæàíèåì êèñëîé ôîñôàòàçû è íåêîòîðûõ äðóãèõ ôåðìåíòîâ, à òàêæå ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ ýòèõ äâóõ âèäîâ êëåòîê ê èîíèçèðóþùåé ðàäèàöèè è öèòîñòàòè÷åñêèì ïðåïàðàòàì. Òàêèì îáðàçîì, íà 14-16 ñóò. ðàçâèòèÿ çàðîäûøåé êðûñ â çàêëàäêå ÿè÷íèêà è â çàêëàäêå ñåìåííèêà ïðîèñõîäèò èíòåíñèâíàÿ ïðîëèôåðàöèÿ, ñîîòâåòñòâåííî, îîãîíèé è ïðîñïåðìàòîãîíèé-Ì. Ïðîäîëæèòåëüíîñòü âñåõ ôàç êëåòî÷íîãî öèêëà ïîïóëÿöèé ìóæñêèõ è æåíñêèõ ãîíèé îäèíàêîâà. Íà 18 ñóò. ïðîñïåðìàòîãîíèè-Ì âñòóïàþò â ìèòîç, â ðåçóëüòàòå ÷åãî â çàðîäûøåâîì ñåìåííèêå îáðàçóþòñÿ ïðîñïåðìàòîãîíèè-Ò, êîòîðûå âõîäÿò â äëèòåëüíóþ ôàçó G1. Òîëüêî íà 5 ñóò. ïîñëå ðîæäåíèÿ ïðîñïåðìàòîãîíèè-Ò âñòóïàþò â ôàçó S è ïîñëå êîðîòêîé

ôàçû G2 âíîâü íà÷èíàþò äåëèòüñÿ. Ïîñëå íåñêîëüêèõ ïîñëåäîâàòåëüíûõ ìèòîòè÷åñêèõ äåëåíèé âîçíèêàåò äåôèíèòèâíàÿ ïîïóëÿöèÿ ñòâîëîâûõ ìóæñêèõ ïîëîâûõ êëåòîê (ñïåðìàòîãîíèè ÀÎ, À1). Ñ ýòîé ïîïóëÿöèè íà÷èíàåòñÿ ñïåðìàòîãåíåç óæå ó ïîëîâîçðåëûõ æèâîòíûõ, è äàëåå, â ñåìåííèêå, íà ïðîòÿæåíèè âñåãî ïåðèîäà ïîëîâîé àêòèâíîñòè èç ñòâîëîâûõ ñïåðìàòîãîíèé ïîñòîÿííî îáðàçóþòñÿ ñïåðìèè. Â æåíñêîé ãîíàäå çàðîäûøåé êðûñ ïðåäìåéîòè÷åñêèé ìèòîç îîãîíèé îñóùåñòâëÿåòñÿ íà 17 ñóò. ýìáðèîãåíåçà, â ðåçóëüòàòå ÷åãî âîçíèêàåò ïîïóëÿöèÿ êëåòîê, êîòîðàÿ ïðîõîäèò ôàçó G1 è âñòóïàåò â ïðåäìåéîòè÷åñêóþ ôàçó ñèíòåçà ÄÍÊ S . Ïîñëå ôàçû S, êîòîðàÿ ïðèõîäèòñÿ íà 18 ñóò. âíóòðèóòðîáíîãî ðàçâèòèÿ, êëåòêè âñòóïàþò â ïðîôàçó ìåéîçà. Ïðîöåññ ïðîëèôåðàöèè îîãîíèé è èõ ïðåîáðàçîâàíèÿ â îîöèòû ó òàêèõ æèâîòíûõ, êàê ìûøè, êðûñû, ìîðñêèå ñâèíêè, êîðîâû, îâöû, ñâèíüè, îáåçüÿíû, ÷åëîâåê, çàêàí÷èâàåòñÿ âî âíóòðèóòðîáíîì ïåðèîäå æèçíè. Ó êðîëèêîâ, õîðüêîâ, çîëîòèñòûõ õîìÿ÷êîâ ïðîëèôåðàöèÿ îîãîíèé ïðåêðàùàåòñÿ ñïóñòÿ êîðîòêîå âðåìÿ ïîñëå ðîæäåíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, âçðîñëûå îñîáè ìëåêîïèòàþùèõ õàðàêòåðèçóþòñÿ íàëè÷èåì â ÿè÷íèêå çàïàñà ïîëîâûõ êëåòîê, íåñïîñîáíûõ ïðîëèôåðèðîâàòü, òî åñòü ïóëà ïåðâè÷íûõ îîöèòîâ.

___________________________________________________________________________________

3-8


______________________________________________________________________________

3.1.4. Èíèöèàöèÿ ìåéîçà.

ìåéîç îäíîâðåìåííî ñ æåíñêèìè ïîëîâûìè êëåòêàìè â ÿè÷íèêå. Â Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, â æåíñêèõ íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðîáëåìà èíèöèàöèè ïîëîâûõ êëåòêàõ ìåéîç èíèöèèðóåòñÿ ìåéîçà ó ìëåêîïèòàþùèõ åùå äàëåêà íà çíà÷èòåëüíî áîëåå ðàííèõ ñòàäèÿõ îò ñâîåãî ðåøåíèÿ. Ñóùåñòâóþùèé îíòîãåíåçà, ÷åì â ìóæñêèõ ïîëîâûõ óðîâåíü çíàíèé íå ïîçâîëÿåò îáúÿñíèòü êëåòêàõ. Èíèöèàöèÿ ìåéîçà è ìåõàíèçìû ïåðåêëþ÷åíèÿ äàëüíåéøèé ïóòü ðàçâèòèÿ ïîëîâûõ ìèòîòè÷åñêèõ öèêëîâ íà ìåéîòè÷åñêèé êëåòîê ìëåêîïèòàþùèõ íåñîìíåííî öèêë. çàâèñÿò îò îêðóæàþùèõ ñîìàòè÷åñêèõ Îãðàíè÷èìñÿ îáùèìè êëåòîê. Ïîëàãàþò, ÷òî â ÿè÷íèêå ñîîáðàæåíèÿìè: ýìáðèîíîâ ìëåêîïèòàþùèõ îáðàçóåòñÿ (1) Ïðè âûäåëåíèè ó çàðîäûøåé íåêèé èíäóêòîð ìåéîçà, à â òåñòèêóëàõ ìëåêîïèòàþùèõ ëèíèé ïîëîâûõ - èíãèáèòîð èíèöèàöèè ìåéîçà. êëåòîê ñîçäàåòñÿ ïðîãðàììà èõ Ñîãëàñíî îäíîé èç ãèïîòåç, âñå ðàçâèòèÿ, êîòîðàÿ ïðåäóñìàòðèâàåò ïîëîâûå êëåòêè èçíà÷àëüíî îáëàäàþò ïåðåêëþ÷åíèå ìèòîòè÷åñêèõ öèêëîâ ñïîñîáíîñòüþ ðàíî âñòóïàòü â ìåéîç, íà ìåéîòè÷åñêèé öèêë. Äëÿ íî ìóæñêèå ïîëîâûå êëåòêè íàõîäÿòñÿ èíèöèàöèè ìåéîçà ïîëîâûå êëåòêè ïîä âëèÿíèåì êàêèõ-òî ôàêòîðîâ íóæäàþòñÿ â âîçäåéñòâèè êàêîãî-òî òåñòèêóë, êîòîðûå èíãèáèðóò ìåéîç. äîïîëíèòåëüíîãî ñèãíàëà ñî ñòîðîíû Ïîëàãàþò, ÷òî ìóæñêèå ïîëîâûå êëåòêè ñîìàòè÷åñêèõ êëåòîê, ïðè÷åì îíè âçàèìîäåéñòâóþò ñ ïðèîáðåòàþò êîìïåòåíòíîñòü îòâå÷àòü ïðåäøåñòâåííèêàìè êëåòîê Ñåðòîëè, è íà ýòî âîçäåéñòâèå òîëüêî â ýòî âçàèìîäåéñòâèå ïðèâîäèò ê îïðåäåëåííîì áèîëîãè÷åñêîì îáðàçîâàíèþ èíãèáèòîðà. Åñëè âîçðàñòå. Ýòîò áèîëîãè÷åñêèé âîçðàñò, ñåìåííûå êàíàëüöû ðàçðóøàþòñÿ, èëè ïî-âèäèìîìó, èçìåðÿåòñÿ êîëè÷åñòâîì ïðåäøåñòâåííèêè êëåòîê Ñåðòîëè ìèòîòè÷åñêèõ öèêëîâ èëè ðàóíäîâ óòðà÷èâàþò êîíòàêòû ñ ïîëîâûìè ðåïëèêàöèè ÄÍÊ, ïðè÷åì îòñ÷åò êëåòêàìè, òî ýòè ïîëîâûå êëåòêè íà÷èíàåòñÿ ñ ìîìåíòà âûäåëåíèÿ êëîíà âñòóïàþò â ìåéîç, íåñìîòðÿ íà ÏÏÊ. Èçâåñòíî, ÷òî ïîñëåäíèé íàëè÷èå XY ïîëîâûõ õðîìîñîì. (ïðåäìåéîòè÷åñêèé) ðàóíä ðåïëèêàöèè Ñîãëàñíî äðóãîé ãèïîòåçå, ôàêòîð, ÄÍÊ ÿâëÿåòñÿ ðåøàþùèì, ïîñëå ýòîãî èíèöèèðóþùèé ìåéîç â æåíñêèõ êëåòêè ëèáî âñòóïàþò â ìåéîç ïîëîâûõ êëåòêàõ, âûðàáàòûâàåòñÿ (îîãîíèè), ëèáî â íèõ âîçíèêàåò êëåòêàìè ìåçîíåôðîñà è çàòåì äëèòåëüíàÿ ôàçà òîðìîæåíèÿ äèôôóíäèðóåò â çà÷àòîê ãîíàäû. Ýòîò ìèòîòè÷åñêèõ öèêëîâ. èíäóêòîð ñïîñîáåí èíèöèèðîâàòü (2) Ìåéîç êîíòðîëèðóåòñÿ ãåíàìè; ðàííèé ìåéîç è â ìóæñêèõ ïîëîâûõ ó ðàçíûõ îðãàíèçìîâ íàéäåíû ìóêëåòêàõ. Îäíàêî ìóæñêèå ïîëîâûå òàöèè, ïðè êîòîðûõ ïîëîâûå êëåòêè íå êëåòêè íàõîäÿòñÿ â çà÷àòêå òåñòèêóëà âñòóïàþò â ìåéîç è ïîñëå ðÿäà ìèâ ñîñòàâå ïåðâè÷íûõ ñåìåííûõ òîòè÷åñêèõ öèêëîâ ïîãèáàþò. êàíàëüöåâ, ïîýòîìó îíè çàùèùåíû îò Âîçìîæíî, ÷òî è ó ìëåêîïèòàþùèõ äåéñòâèÿ èíäóêòîðà è íå âñòóïàþò â ñóùåñòâóþò «ãåíû èíèöèàöèè ìåéîçà»,

___________________________________________________________________________________

3-9


______________________________________________________________________________

îíè äîëæíû àêòèâèðîâàòüñÿ ó ïîëîâûõ êëåòîê â îîãåíåçå ðàíüøå, ÷åì â ñïåðìàòîãåíåçå. Ýòè ãåíû, ñêîðåå âñåãî, íå ëîêàëèçîâàíû â ïîëîâûõ õðîìîñîìàõ, òàê êàê â èíèöèàöèè ìåéîçà ïîëîâûå õðîìîñîìû íå èãðàþò ðåøàþùåé ðîëè. Îäíàêî äëÿ íîðìàëüíîãî ñïåðìàòîãåíåçà íåäîïóñòèìî íàëè÷èå äâóõ Õ õðîìîñîì. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî åñëè â êëåòêàõ, âñòóïèâøèõ â ñïåðìàòîãåíåç, õîòÿ áû îäíà Õ õðîìîñîìà ñîõðàíÿåò ãåíåòè÷åñêóþ àêòèâíîñòü, òàêèå ñïåðìàòîöèòû ãèáíóò. Êðîìå òîãî, íà Y õðîìîñîìå íàõîäÿòñÿ ãåíû, îòâå÷àþùèå çà ïîëíîöåííóþ öèòîäèôôåðåíöèðîâêó ñïåðìèåâ, ïîýòîìó Y õðîìîñîìà íåîáõîäèìà äëÿ ïîëíîöåííîãî ðàçâèòèÿ ñïåðìèåâ. (3) Äëÿ ñïåðìàòîãåíåçà íåîáõîäèìî, ÷òîáû ìåéîç íà÷èíàëñÿ çíà÷èòåëüíî ïîçæå, ÷åì â îîãåíåçå, ïîñêîëüêó íåîáõîäèìûì ýòàïîì ÿâëÿåòñÿ ôîðìèðîâàíèå ïîïóëÿöèè äåôèíèòèâíûõ ñòâîëîâûõ êëåòîê (ñïåðìàòîãîíèé ÀÎ, À1 è ò.ä.). Çà ñ÷åò ïðîëèôåðàöèè ýòèõ êëåòîê íà ïðîòÿæåíèè âñåãî ïåðèîäà ïîëîâîé àêòèâíîñòè ñàìöà îáðàçóåòñÿ îãðîìíîå êîëè÷åñòâî ìóæñêèõ ãàìåò, íà ìíîãî ïîðÿäêîâ ïðåâîñõîäÿùåå çàïàñ ïåðâè÷íûõ îîöèòîâ, êîòîðûé îáåñïå÷èâàåò îîãåíåç íà ïðîòÿæåíèè âñåé æèçíè ñàìêè. (4) Ñóùåñòâóåò áèîëîãè÷åñêèé áàðüåð, ïðåïÿòñòâóþùèé òîìó, ÷òîáû ìóæñêèå ãîíèè ðàíî âñòóïàëè â ìåéîç, è ïîïóëÿöèÿ ìèòîòè÷åñêè äåëÿùèõñÿ ñòâîëîâûõ êëåòîê íå ñìîãëà áû îáðàçîâàòüñÿ. Åñëè ìóæñêèå ïîëîâûå êëåòêè âñòóïàþò â ìåéîç òîãäà æå, êîãäà è æåíñêèå ïîëîâûå êëåòêè, â òàêèõ êëåòêàõ íå îáðàçóåòñÿ ïîëîâîãî

ïóçûðüêà. Ïîëîâîé ïóçûðåê îáðàçóåòñÿ âî âðåìÿ ïðîôàçû ìåéîçà ïðè ñïåðìàòîãåíåçå è ÿâëÿåòñÿ ìîðôîëîãè÷åñêèì âûðàæåíèåì èçîëÿöèè è èíàêòèâàöèè êîìïëåêñà XY õðîìîñîì â ñïåðìàòîãåíåçå. Åñëè Õ è Y õðîìîñîìû îñòàþòñÿ àêòèâíûìè, ó ìóæñêèõ ïîëîâûõ êëåòîê íàðóøàåòñÿ áàëàíñ ìåæäó ïðîäóêòàìè ýêñïðåññèè àóòîñîì è ïîëîâûõ õðîìîñîì â ìåéîçå, ÷òî ïðèâîäèò ê èõ ãèáåëè. 3.1.5. Ðàçâèòèå ïîëîâûõ êëåòîê ó ÷åëîâåêà.

ÏÏÊ ÷åëîâåêà âûõîäÿò èç æåëòî÷íîãî ìåøêà íà 27 ñóò. ðàçâèòèÿ è ìèãðèðóþò â ãîíàäíûå âàëèêè. Íà 4246 ñóò. ïðîèñõîäèò ïîëîâàÿ äèôôåðåíöèðîâêà ãîíàä, îíè ñòàíîâÿòñÿ ñåìåííèêàìè èëè ÿè÷íèêàìè, Îîãåíåç. Íà÷èíàÿ ñ 3 ìåñ. (75 ñóò.) ïåðâàÿ ïîïóëÿöèÿ îîöèòîâ âñòóïàåò â ïðîôàçó I ìåéîçà. Òå îîãîíèè, êîòîðûå â òå÷åíèå 7 ìåñÿöåâ íå ïðåâðàòèëèñü â îîöèòû, äåãåíåðèðóþò. Ïîñëå ðîæäåíèÿ ñòâîëîâûå êëåòêè (îîãîíèè) ïðåâðàùàþòñÿ â îîöèòû èëè äåãåíåðèðóþò. Îáùàÿ ïîïóëÿöèÿ ïîëîâûõ êëåòîê ýìáðèîíà æåíñêîãî ïîëà óâåëè÷èâàåòñÿ îò 6õ105 íà 2 ìåñ. áåðåìåííîñòè äî ìàêñèìàëüíîé ÷èñëåííîñòè 6,8õ106 ê 5 ìåñ. Îäíàêî ê ìîìåíòó ðîæäåíèÿ ýòà ÷èñëåííîñòü ïîïóëÿöèè îîãîíèé óìåíüøàåòñÿ äî 2xl0 3 . Îò ðîæäåíèÿ äî ïîëîâîé çðåëîñòè è îïëîäîòâîðåíèÿ æåíñêàÿ ÏÊ ïðåòåðïåâàåò òîëüêî åùå äâà äåëåíèÿ (ìåéîòè÷åñêèå) íåçàâèñèìî îò òîãî, â êàêîì âîçðàñòå ïðîèñõîäèò îïëîäîòâîðåíèå. Ñïåðìàòîãåíåç. Ó ìóæ÷èí ïðèìåðíî â 15-16 ëåò ïîëíîñòüþ

___________________________________________________________________________________

3-10


______________________________________________________________________________

óñòàíàâëèâàåòñÿ ñïåðìàòîãåíåç, òî åñòü îêîí÷àòåëüíî ôîðìèðóåòñÿ ïîïóëÿöèÿ ñòâîëîâûõ ìóæñêèõ ïîëîâûõ êëåòîê ñïåðìàòîãîíèé Ad (dark). Èõ îáùåå êîëè÷åñòâî â äâóõ ñåìåííèêàõ îöåíèâàåòñÿ ïðèìåðíî 1,2õ103 êëåòîê. Îäíàêî, â îòëè÷èå îò îîãîíèé ýòè Ad ñïåðìàòîãîíèè ñïîñîáíû ê ïåðìàíåíòíîé ïðîëèôåðàöèè íà ïðîòÿæåíèè âñåãî ïåðèîäà ïîëîâîé àêòèâíîñòè ìóæ÷èíû.

â ãàìåòàõ. Â îñíîâå ýòîãî ëåæàò äâà ïðîöåññà: 1) ñëó÷àéíîå ðàñïðåäåëåíèå ðàçíûõ ìàòåðèíñêèõ è îòöîâñêèõ ãîìîëîãè÷íûõ õðîìîñîì ìåæäó äî÷åðíèìè êëåòêàìè ïðè ïåðâîì äåëåíèè ìåéîçà; 2) êðîññèíãîâåð, ïðîèñõîäÿùèé â ïðîäîëæèòåëüíîé ïðîôàçå ïåðâîãî ìåéîòè÷åñêîãî äåëåíèÿ, êîãäà ãîìîëîãè÷íûå õðîìîñîìû îáìåíèâàþòñÿ ó÷àñòêàìè. Ïåðâîå äåëåíèå ìåéîçà ãîðàçäî ñëîæíåå è äëèòåëüíåå âòîðîãî. Â ïðîôàçå ïåðâîãî äåëåíèÿ ìåéîçà 3.1.6. Ìåéîç. (ïðîôàçà I) êëåòêè ìîãóò íàõîäèòüñÿ Ìåéîç - ÿäåðíîå äåëåíèå îñîáîãî íåñêîëüêî äíåé, ìåñÿöåâ, ëåò â òèïà, â ðåçóëüòàòå êîòîðîãî ôîðìè- çàâèñèìîñòè îò îðãàíèçìà è îò òèïà îáðóþòñÿ çðåëûå ïîëîâûå êëåòêè. Â ðàçóþùèõñÿ ãàìåò. Ðàññìîòðèì îñîáåííîñòè ìåéîçà îòëè÷èå îò ìèòîçà, ìåéîç ñîñòîèò èç äâóõ êëåòî÷íûõ äåëåíèé, ñëåäóþùèõ ó ìëåêîïèòàþùèõ, ñîñðåäîòî÷èâøèñü çà åäèíñòâåííîé ôàçîé óäâîåíèÿ õðî- ïðåèìóùåñòâåííî íà ïðîöåññàõ, ìîñîì, òàê ÷òî èç êàæäîé êëåòêè, ïðîèñõîäÿùèõ â æåíñêèõ ïîëîâûõ âñòóïàþùåé â ìåéîç, îáðàçóåòñÿ 4 êëåòêàõ. Âî âðåìÿ ïðîôàçû ïåðâîãî äåëåíèÿ ïðîèñõîäÿò èçìåíåíèÿ íå ãàïëîèäíûõ êëåòêè. Êàê èçâåñòíî, áèîëîãè÷åñêèé òîëüêî õðîìîñîìíîãî àïïàðàòà, íî è ñìûñë ìåéîçà çàêëþ÷àåòñÿ â öèòîïëàçìû îîöèòîâ. Ïîýòîìó óäîáíî ïåðåêîìáèíèðîâàíèè ãåíîâ, ÷òî ðàçäåëèòü ïðîôàçó I íà ñëåäóþùèå ñîçäàåò óñëîâèÿ âîçíèêíîâåíèÿ ñòàäèè: óíèêàëüíûõ ðàçíîîáðàçíûõ ãåíîòèïîâ I. Ðàííÿÿ ïðîôàçà 1. Ëåïòîòåíà 2. Çèãîòåíà 3. Ïàõèòåíà 4. Ðàííÿÿ äèïëîòåíà II. Ïîçäíÿÿ ïðîôàçà 1.

Äèêòèîòåíà (äèôôóçíàÿ äèïëîòåíà â ïðèìîðäèàëüíûõ îîöèòàõ)

2.

Ïðîäâèíóòàÿ äèïëîòåíà (îñíîâíîé ðîñò îîöèòîâ)

3.

Ïîçäíÿÿ äèïëîòåíà (ïðåêðàùåíèå ðîñòà îîöèòîâ è ôîðìèðîâàíèå êàðèîñôåðû)

4.

Äèàêèíåç (íà÷àëî ñîçðåâàíèÿ îîöèòîâ)

___________________________________________________________________________________

3-11


______________________________________________________________________________

3.1.6.1.Ðàííÿÿ ïðîôàçà.

Ëåïòîòåìà. Íà ýòîé ñòàäèè õðîìîñîìû ìåíÿþò ñâîþ èíòåðôàçíóþ êîíôîðìàöèþ è ñòàíîâÿòñÿ áîëåå êîíäåíñèðîâàííûìè. Òåëîìåðû õðîìîñîì ïðèêðåïëåíû ê ÿäåðíîé ìåìáðàíå. Îáå ñåñòðèíñêèå õðîìàòèäû òåñíî ñáëèæåíû è íåðàçëè÷èìû â ñâåòîâîì ìèêðîñêîïå. Çèãîòåíà. Ýòà ñòàäèÿ õàðàêòåðèçóåòñÿ íà÷àëîì ïðîöåññà ñèíàïñèñà - òåñíîé êîíúþãàöèè ãîìîëîãè÷íûõ õðîìîñîì. Â ðåçóëüòàòå îáðàçóþòñÿ áèâàëåíòû è ôîðìèðóåòñÿ ñèíàïòîíåìàëüíûé êîìïëåêñ. Ïàõèòåíà. Íà ýòîé ñòàäèè ïðîèñõîäèò îáìåí ó÷àñòêàìè íåñåñòðèíñêèõ õðîìàòèä ãîìîëîãè÷íûõ õðîìîñîì - êðîññèãîâåð. Ïàõèòåíà îîöèòîâ ìëåêîïèòàþùèõ îòëè÷àåòñÿ îò ïàõèòåíû ó ñïåðìàòîöèòîâ òåì, ÷òî â îîöèòàõ õðîìîñîìû ïðîÿâëÿþò áîëåå âûñîêóþ òðàíñêðèïöèîííóþ àêòèâíîñòü. Äëÿ ìëåêîïèòàþùèõ òàêæå õàðàêòåðíà ãèáåëü çíà÷èòåëüíîãî êîëè÷åñòâà ìåéîöèòîâ (îîöèòîâ è ñïåðìàòîöèòîâ) íà ñòàäèè ïàõèòåíû. Ýëèìèíèðóþòñÿ ìåéîöèòû, â êîòîðûõ ñîäåðæàòñÿ õðîìîñîìû, íåêîíúþãèðîâàâøèå èëè íå ïîëíîñòüþ êîíúþãèðîâàâøèå íà ñòàäèè ïàõèòåíû. Ýòî ïðîèñõîäèò êàê â îâîãåíåçå, òàê è â ñïåðìàòîãåíåçå. Ñïåðìàòîöèòû ýëèìèíèðóþòñÿ ÷àùå, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî è â ñïåðìàòîãåíåçå îñóùåñòâëÿåòñÿ ñèíàïòè÷åñêàÿ ïîäãîíêà õðîìîñîì, â ðåçóëüòàòå êîòîðîé ïðîèñõîäèò èñïðàâëåíèå îøèáîê êîíúþãàöèè. Îäíàêî, â ñïåðìàòîãåíåçå ìåéîç áëîêèðóåòñÿ íà áîëåå êîðîòêèé ïåðèîä, ÷åì â îîãåíåçå, è èñïðàâëåíèå îøèáîê êîíúþãàöèè

ïðîèñõîäèò ñ ìåíüøåé ýôôåêòèâíîñòüþ. Äèïëîòåíà. Îñíîâíàÿ ãåíåðàöèÿ îîöèòîâ ìëåêîïèòàþùèõ áëîêèðóåòñÿ íà ýòîé ñòàäèè íà äëèòåëüíûé ïåðèîä è ó÷àñòâóåò â ôîëëèêóëîãåíåçå. Íà÷èíàåòñÿ ýòà ñòàäèÿ ñ ðàçäåëåíèÿ äâóõ êîíúþãèðîâàâøèõ õðîìîñîì, ñèíàïòîíåìàëüíûé êîìïëåêñ ðàñïàäàåòñÿ, ãîìîëîãè áèâàëåíòà ðàçäåëÿþòñÿ è ñòàíîâÿòñÿ âèäíû ñâÿçûâàþùèå èõ õèàçìû. Â êîíöå ðàííåé ïðîôàçû â îîöèòàõ ìëåêîïèòàþùèõ îïèñàíû õðîìîñîìû òèïà ëàìïîâûõ ùåòîê, õðîìîñîìû íà ýòîé ñòàäèè ïðîÿâëÿþò ÿâíóþ òðàíñêðèïöèîííóþ àêòèâíîñòü, íî îíà íàìíîãî íèæå, ÷åì íà ñòàäèè ïðîäâèíóòîé äèïëîòåíû. 3.1.6.2. Ïîçäíÿÿ ïðîôàçà. Äèêòèîòåíà ÿâëÿåòñÿ äèôôóçíîé ñòàäèåé äèïëîòåíû â ïðèìîðäèàëüíûõ îîöèòàõ. ßäðà îîöèòîâ óâåëè÷èâàþòñÿ è ïðèîáðåòàþò èíòåðôàçíóþ ìîðôîëîãèþ âñëåäñòâèå äåêîíäåíñàöèè õðîìîñîì. Òðàíñêðèïöèîííàÿ àêòèâíîñòü èõ íåâûñîêà, îíà îáåñïå÷èâàåò ëèøü âûæèâàíèå ïîêîÿùèõñÿ êëåòîê. Äèêòèîòåíà ïðåäøåñòâóåò ïåðèîäó ðîñòà îîöèòîâ, è â ýòî âðåìÿ îîöèòû íàõîäÿòñÿ â íåêîòîðîì ðîäå ðàâíîâåñíîì (äðåìëþùåì) ñîñòîÿíèè. Ñòàäèÿ äèêòèîòåíû õàðàêòåðíà äëÿ îâîãåíåçà ïîâçîíî÷íûõ. Íà ýòîé ñòàäèè âîêðóã îîöèòà ôîðìèðóåòñÿ ñëîé ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê, òî åñòü îáðàçóþòñÿ ïðèìîðäèàëüíûå ôîëëèêóëû. Ïðèìîðäèàëüíûé (èëè ïåðâè÷íûé) ôîëëèêóë ñîñòîèò èç

___________________________________________________________________________________

3-12


______________________________________________________________________________

îîöèòà 1-ãî ïîðÿäêà (íàõîäèòñÿ â ñîñòîÿíèè ïîêîÿ íà ñòàäèè äèêòèîòåíû), îêðóæåííîãî îäíèì ñëîåì óïëîùåííûõ ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê. Â ôîðìå ïðèìîðäèàëüíûõ ôîëëèêóëîâ îîöèòû ïåðñèñòèðóþò â ÿè÷íèêàõ íà ïðîòÿæåíèè âñåé æèçíè îñîáè. Ïðîäîëæèòåëüíîñòü äèêòèîòåíû ðàçëè÷íà: ó ìûøåé îò íåñêîëüêèõ ìåñÿöåâ äî ïîëóòîðà-äâóõ ëåò, ó ÷åëîâåêà îò 14-15 äî 45-50 ëåò. Íà ïðîòÿæåíèè ðåïðîäóêòèâíîãî ïåðèîäà îîöèòû, ïðåáûâàâøèå â ðàçëè÷íîå âðåìÿ íà ñòàäèè äèêòèîòåíû, íå îòëè÷àþòñÿ ïî ñâîèì ñâîéñòâàì, âêëþ÷àÿ ñïîñîáíîñòü ê îïëîäîòâîðåíèþ. Òàêèì îáðàçîì, áèîëîãè÷åñêèé ñìûñë äèêòèîòåíû â ñîçäàíèè òàêîãî ñîñòîÿíèÿ, ïðè êîòîðîì îîöèòû ìîãóò ïåðñèñòèðîâàòü äëèòåëüíîå âðåìÿ, íå òåðÿÿ ñïîñîáíîñòè çàâåðøèòü îîãåíåç è ó÷àñòâîâàòü â ïðîöåññå îïëîäîòâîðåíèÿ. Ìåõàíèçìû áëîêèðîâàíèÿ ìåéîçà íà ñòàäèè äèêòèîòåíû îñòàþòñÿ íåèçâåñòíûìè. Ïðè âûõîäå èç ñòàäèè äèêòèîòåíû è áëîêàäû ìåéîçà íàáëþäàåòñÿ èíòåíñèâíûé ðîñò îîöèòà; îí ïåðåõîäèò â ñòàäèþ îîöèòà 1-ãî ïîðÿäêà. Êàê ïðàâèëî, ðîñò îîöèòà ñîïðîâîæäàåòñÿ óâåëè÷åíèåì êîëè÷åñòâà îêðóæàþùèõ åãî ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê (êëåòîê ãðàíóëåçû) è, ñîîòâåòñòâåííî, óâåëè÷åíèåì ðàçìåðà ôîëëèêóëà. Îêðóæàþùèå îîöèò 1-ãî ïîðÿäêà ôîëëèêóëÿðíûå êëåòêè óâåëè÷èâàþòñÿ è ðàçìíîæàþòñÿ, îáðàçóÿ ìíîãîñëîéíóþ îáîëî÷êó - çåðíèñòûé ñëîé ôîëëèêóëà (stratum granulosum). Ñàì îîöèò ðàñòåò, â åãî öèòîïëàçìå ïîÿâëÿþòñÿ êîðòèêàëüíûå ãðàíóëû,

âîêðóã ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû ôîðìèðóåòñÿ áëåñòÿùàÿ îáîëî÷êà (zona pellucida). Ïðèëåæàùèå âïëîòíóþ ê îîöèòó ôîëëèêóëÿðíûå êëåòêè èìåþò îòðîñòêè, êîòîðûå ïðîõîäÿò ñêâîçü áëåñòÿùóþ îáîëî÷êó è îáðàçóþò ùåëåâûå êîíòàêòû ñ îîöèòîì. Ïî ìåðå ðîñòà ôîëëèêóëà âîêðóã íåãî îáðàçóåòñÿ è ðàçðàñòàåòñÿ ñîåäèíèòåëüíîòêàííàÿ îáîëî÷êà. Ìåæäó çåðíèñòûì ñëîåì è ñîåäèíèòåëüíîòêàííîé îáîëî÷êîé îáîñîáëÿåòñÿ áàçàëüíàÿ ìåìáðàíà. Â äàëüíåéøåì â ñîåäèíèòåëüíîòêàííóþ îáîëî÷êó ïðîðàñòàþò ìíîãî÷èñëåííûå êàïèëëÿðû. Âî âðåìÿ ïåðèîäà ðîñòà îáúåì îîöèòà ìûøè, íàïðèìåð, óâåëè÷èâàåòñÿ, ïðèìåðíî, â 300 ðàç. Ïðîèñõîäèò ýòî áëàãîäàðÿ âûñîêîé òðàíñêðèïöèîííîé àêòèâíîñòè ãåíîìà îîöèòîâ (ñêîðîñòü òðàíñêðèïöèè â ðàñòóùèõ îîöèòàõ ìûøè â 10 ðàç âûøå, ÷åì â ñîìàòè÷åñêèõ êëåòêàõ), à òàêæå çà ñ÷åò òðàíñïîðòà îðãàíè÷åñêèõ è íåîðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé èç ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê ÷åðåç ùåëåâûå êîíòàêòû. ×åðåç ùåëåâûå êîíòàêòû â îîöèò ïîñòóïàþò èîíû è íåáîëüøèå ìîëåêóëû, òàêèå, íàïðèìåð, êàê ñóáñòðàòû óãëåâîäíîãî îáìåíà (ïèðóâàò, îêñàëîàöåòàò, íóêëåîòèäû è ò.ï.). Ýòî ÿâëåíèå ïîëó÷èëî íàçâàíèå ìåòàáîëè÷åñêîé êîîïåðàöèè êëåòîê èëè ìåòàáîëè÷åñêîãî è èîííîãî ñîïðÿæåíèÿ êëåòîê. Â ðåçóëüòàòå òàêîé ìåòàáîëè÷åñêîé ñîïðÿæåííîñòè îîöèò îñâîáîæäàåòñÿ îò íåîáõîäèìîñòè âûïîëíÿòü ìíîãèå ìåòàáîëè÷åñêèå ðåàêöèè, òàê êàê áîëåå 30% âåùåñòâ èç ñðåäû ìåòàáîëèçèðóåòñÿ ôîëëèêóëÿðíûìè êëåòêàìè, à çàòåì ïîñòóïàåò â îîöèò. Ïåðåä íàñòóïëåíèåì ïîëîâîé

___________________________________________________________________________________

3-13


______________________________________________________________________________

çðåëîñòè âñå ïðèìîðäèàëüíûå ôîëëèêóëû, êîòîðûå íàõîäèëèñü â ñòàäèè ðîñòà, äåãåíåðèðóþò, òîãäà êàê íàõîäèâøèåñÿ â ñîñòîÿíèè ïîêîÿ ñîõðàíÿþòñÿ. Â ÿè÷íèêàõ ó ïîëîâîçðåëûõ ìûøåé, êðûñ, îáåçüÿí è äðóãèõ ìëåêîïèòàþùèõ áîëåå 30% âñåõ îîöèòîâ íàõîäèòñÿ â âèäå ïðèìîðäèàëüíûõ ôîëëèêóëîâ, è áîëüøèíñòâî èç íèõ íèêîãäà íå âñòóïàåò â ïåðèîä ðîñòà è ïîäâåðãàåòñÿ àòðåçèè. Èç îñòàâøèõñÿ 10% îîöèòîâ â ÿè÷íèêàõ âçðîñëîãî æèâîòíîãî ëèøü íåçíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü ïðîõîäèò âñå ñòàäèè ðîñòà è ôîðìèðîâàíèÿ çðåëîãî îîöèòà (ÿéöåêëåòêè). Ïîçäíÿÿ äèïëîòåíà õàðàêòåðèçóåòñÿ ïðåêðàùåíèåì ðîñòà îîöèòà è íà÷àëîì ôîðìèðîâàíèÿ êàðèîñôåðû. Ýòîò ïðîöåññ ñîïðîâîæäàåòñÿ ñíèæåíèåì ñèíòåçà ìàòðè÷íîé è ðèáîñîìàëüíîé ÐÍÊ. Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ðàçìåðîâ îîöèòà ñíèæàåòñÿ àêòèâíîñòü ÐÍÊ ïîëèìåðàçû II. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ôîëëèêóëÿðíàÿ æèäêîñòü àíòðàëüíûõ ôîëëèêóëîâ óãíåòàåò àêòèâíîñòü ÐÍÊ ïîëèìåðàçû II, ñëåäîâàòåëüíî, íà çàêëþ÷èòåëüíûõ ñòàäèÿõ ðîñòà ðåçêî ñíèæàåòñÿ èíòåíñèâíîñòü ýêñïðåññèè ãåíîâ îîöèòà. Õðîìîñîìû óòîëùàþòñÿ è îòäåëÿþòñÿ îò ÿäåðíîé ìåìáðàíû. Ëþáîé áèâàëåíò ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òåòðàäó, â êîòîðîé âñå ñåñòðèíñêèå õðîìàòèäû ñîåäèíåíû öåíòðîìåðîé, à íåñåñòðèíñêèå - õèàçìàìè. Ìîæíî íàáëþäàòü ÿâëåíèÿ, ñâèäåòåëüñòâóþùèå îá èíàêòèâàöèè õðîìîñîìíîãî àïïàðàòà îîöèòà õðîìîñîìû ãåòåðîõðîìàòèçèðóþòñÿ, îáúåäèíÿþòñÿ â êëóáîê âîêðóã ÿäðûøêà îîöèòà è ôîðìèðóþò ñòðóêòóðó, íàçûâàåìóþ êàðèîñôåðîé.

Çàâåðøåíèå ïåðâîãî äåëåíèÿ ìåéîçà è ïåðåõîä íà ñòàäèþ ìåòàôàçû âòîðîãî ìåéîòè÷åñêîãî äåëåíèÿ ó ìëåêîïèòàþùèõ (êàê è ó âñåõ äðóãèõ æèâîòíûõ) íàçûâàåòñÿ ñîçðåâàíèåì îîöèòîâ. Íåîáõîäèìî ïîìíèòü, ÷òî â ñïåðìàòîãåíåçå ñîçðåâàíèåì íàçûâàþò îñóùåñòâëåíèå ïåðâîãî è âòîðîãî ìåéîòè÷åñêèõ äåëåíèé, â ðåçóëüòàòå ÷åãî èç ñïåðìàòîöèòîâ îáðàçóþòñÿ ñïåðìàòèäû. Ðàññìîòðèì îòäåëüíî ñîçðåâàíèå ôîëëèêóëîâ è îîöèòîâ. 3.1.7.Ñîçðåâàíèå

ôîëëèêóëîâ.

Ó áîëüøèíñòâà ìëåêîïèòàþùèõ îîöèòû, âîçîáíîâëÿþùèå ìåéîç ïîñëå äèïëîòåíû (ôàçû ïîêîÿ), íàõîäÿòñÿ â êðóïíûõ àíòðàëüíûõ ôîëëèêóëàõ, ïðè÷åì ýòî ïðîèñõîäèò íåçàäîëãî äî îâóëÿöèè, òî åñòü â êîíöå ôîëëèêóëÿðíîé ôàçû àíòðàëüíîãî öèêëà. Â íîðìå îâóëÿöèÿ ñîâïàäàåò âî âðåìåíè ñ îêîí÷àíèåì ñîçðåâàíèÿ îîöèòîâ, òî åñòü ó áîëüøèíñòâà ìëåêîïèòàþùèõ îâóëèðóþò ÿéöåêëåòêè íà ñòàäèè ìåòàôàçû âòîðîãî äåëåíèÿ ñîçðåâàíèÿ. Êàê âûãëÿäèò àíòðàëüíûé ôîëëèêóë? Â óòîëùåííîì çåðíèñòîì ñëîå ðàçâèâàþùåãîñÿ ôîëëèêóëà, êëåòêè êîòîðîãî èíòåíñèâíî ïðîëèôåðèðóþò, íà÷èíàåòñÿ ñåêðåöèÿ ôîëëèêóëÿðíîé æèäêîñòè. Ñíà÷àëà îíà íàêàïëèâàåòñÿ â âèäå êàïåëü ìåæäó êëåòêàìè, íî ïîñòåïåííî êàïëè ñëèâàþòñÿ è îáðàçóþò â òîëùå çåðíèñòîãî ñëîÿ ïîëîñòü (antrum), çàïîëíåííóþ ôîëëèêóëÿðíîé æèäêîñòüþ. Ðîñò ôîëëèêóëîâ çàâèñèò îò ñòðîãî êîîðäèíèðîâàííûõ âçàèìîäåéñòâèé ìåæäó òðåìÿ

___________________________________________________________________________________

3-14


______________________________________________________________________________

ïîëèïåïòèäíûìì ãîðìîíàìè ãèïîôèçà (ôîëëèêóëîñòèìóëèðóþùåãî ãîðìîíà (ÔÑÃ), ëþòåèíèçèðóþùåãî ãîðìîíà (ËÃ) è ïðîëàêòèíà), à òàêæå ñòåðîèäíûìè ãîðìîíàìè, êîòîðûå íàõîäÿòñÿ â ôîëëèêóëÿðíîé æèäêîñòè (ýñòðîãåíàìè, àíäðîãåíàìè è ïðîãåñòåðîíîì). Íå âäàâàÿñü â ïîäðîáíîñòè, îòìåòèì, ÷òî ãîíàäîòðîïíûå ãîðìîíû ãèïîôèçà ñòèìóëèðóþò ïðîëèôåðàöèþ êëåòîê ãðàíóëåçû è ðåãóëèðóþò ñîäåðæàíèå ïîëîâûõ ñòåðîèäîâ, âëèÿÿ íà âûðàáîòêó ñòåðîèäîâ êëåòêàìè ãðàíóëåçû è êëåòêàìè òåêè. Ïîëîâûå ñòåðîèäû òîæå ó÷àñòâóþò â ðåãóëÿöèè ïðîöåññîâ ðîñòà ôîëëèêóëîâ, à òàêæå èíäóöèðóþò îáðàçîâàíèå â êëåòêàõ ãðàíóëåçû ðåöåïòîðîâ ê ÔÑÃ è ËÃ. Â ñàìîì íà÷àëå ðîñòà ôîëëèêóëîâ (â íà÷àëå ôîëëèêóëÿðíîé ôàçû ýñòðàëüíîãî öèêëà) óðîâåíü öèðêóëèðóþùåãî â êðîâè ÔÑÃ íà êîðîòêîå âðåìÿ ïîâûøàåòñÿ, ïîñëå ÷åãî êîëè÷åñòâî ÔÑÃ è ËÃ â êðîâè Ìåíñòðóàöèÿ

0

5

Ðàññìîòðèì ñíà÷àëà, ÷òî ïðîèñõîäèò ñ ôîëëèêóëîì â ïðîöåññå àíòðàëüíîãî öèêëà. Ãîðìîíàëüíûõ ìåõàíèçìîâ ýòîãî ïðîöåññà êîñíåìñÿ ëèøü â ñàìûõ îáùèõ ÷åðòàõ, òàê êàê ýòà òåìà äîëæíà îáñóæäàòüñÿ îòäåëüíî, â ðàìêàõ ñàìîñòîÿòåëüíîãî êóðñà. Ó ÷åëîâåêà ïîñëå äîñòèæåíèÿ ïîëîâîé çðåëîñòè ñòèìóëèðóåòñÿ ñîçðåâàíèå îäíîãî ôîëëèêóëà åæåìåñÿ÷íî. Ýñòðàëüíûå öèêëû æåíùèíû íàçûâàþòñÿ ìåíñòðóàëüíûìè. Ìåíñòðóàëüíûå öèêëû ïðîäîëæàþòñÿ íà ïðîòÿæåíèå 30-40 ëåò äî íàñòóïëåíèÿ ìåíîïàóçû. Ãîðìîíàëüíàÿ ðåãóëÿöèÿ ìåíñòðóàëüíîãî öèêëà îïðåäåëÿåò ïëîäîâèòîñòü æåíùèíû. Îáùåèçâåñòíî, ÷òî ïðîäîëæèòåëüíîñòü ìåíñòðóàëüíîãî öèêëà ìîæåò âàðüèðîâàòü, îäíàêî íîðìàëüíûé èëè «ìîäåëüíûé» öèêë ñîñòàâëÿåò 28 äíåé. Îòñ÷åò äíåé íà÷èíàåòñÿ îò ïåðâîãî äíÿ ìåíñòðóàöèè.

Ôàçà ðîñòà

Ñåêðåòîðíàÿ ôàçà

ôîëëèêóëà

(îáðàçîâàíèå æåëòîãî òåëà) 14

Ìåíñòðóàöèÿ

28

Âðåìÿ ïîñëå íà÷àëà ìåíñòðóàëüíîãî öèêëà, ñóò.

ñîõðàíÿåòñÿ íà áîëåå èëè ìåíåå ïîñòîÿííîì óðîâíå. Íåçàäîëãî äî îâóëÿöèè (â êîíöå ôîëëèêóëÿðíîé ôàçû ýñòðàëüíîãî öèêëà) ïðîèñõîäèò êðàòêîâðåìåííûé íî ðåçêèé ïîäúåì óðîâíÿ ËÃ, à òàêæå íåêîòîðîå óâåëè÷åíèå óðîâíÿ ÔÑÃ. Èìåííî ýòîò ïèê âûäåëåíèÿ â êðîâü ËÃ ÿâëÿåòñÿ ñòèìóëîì, êîòîðûé ñíèìàåò áëîêàäó ìåéîçà, òî åñòü ÿâëÿåòñÿ òðèããåðîì èíèöèèðóþùèì ñîçðåâàíèå îîöèòîâ ìëåêîïèòàþùèõ.

Èòàê, â íà÷àëå öèêëà âûðàáîòêà ãèïîôèçîì ÔÑÃ ïîâûøàåòñÿ. Ýòî âûçûâàåò â ÿè÷íèêå ðàçâèòèå ôîëëèêóëîâ. Ðàçâèâàþùèåñÿ ôîëëèêóëû âûäåëÿþò ïîâûøåííîå êîëè÷åñòâî ýñòðîãåíà, ÷òî â ñâîþ î÷åðåäü ñòèìóëèðóåò ñåêðåöèþ ãèïîôèçîì ËÃ. Ïðèìåðíî â ñåðåäèíå ìåíñòðóàëüíîãî öèêëà ðåçêèé ïîäúåì óðîâíÿ ËÃ ñòèìóëèðóåò ñîçðåâàíèå 1520 òûñ. ðàçâèâàþùèõñÿ ôîëëèêóëîâ, íî çàâåðøàåò ñîçðåâàíèå òîëüêî îäèí

___________________________________________________________________________________

3-15


______________________________________________________________________________

àíòðàëüíûé ôîëëèêóë. Çàêëþ÷åííûé â íåì îîöèò 1-ãî ïîðÿäêà ñîçðåâàåò, çàêàí÷èâàÿ ïåðâîå äåëåíèå ìåéîçà. Â àíòðàëüíîì ôîëëèêóëå áûñòðî óâåëè÷èâàåòñÿ ïîëîñòü, è îîöèò ñ îêðóæàþùèì åãî îäíèì ñëîåì ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê îêàçûâàåòñÿ êàê áû â ïóçûðüêå, çàïîëíåííîì ôîëëèêóëÿðíîé æèäêîñòüþ. Òàêîé ôîëëèêóë òàê è íàçûâàåòñÿ - ãðààôîâ ïóçûðåê èëè çðåëûé ôîëëèêóë. Çðåëûé ôîëëèêóë äîñòèãàåò òàêèõ ðàçìåðîâ, ÷òî äàæå âûïÿ÷èâàåò ïîâåðõíîñòü ÿè÷íèêà. Îîöèò ñ îêðóæàþùèìè åãî ôîëëèêóëÿðíûìè êëåòêàìè íàõîäèòñÿ â ïîâåðõíîñòíîé ÷àñòè ôîëëèêóëà, ôîðìèðóÿ ÿéöåíîñíûé áóãîðîê èëè êóìóëþñ (cumulus oophorum). Äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå çðåëîãî ôîëëèêóëà, ïåðåïîëíåííîãî ôîëëèêóëÿðíîé æèäêîñòüþ, ïðèâîäèò ê èñòîí÷åíèþ åãî îáîëî÷êè è îáîëî÷êè ÿè÷íèêà, ðàñïîëîæåííîé íàä ýòèì ôîëëèêóëîì. Çàòåì ïðîèñõîäèò ðàçðûâ ãðààôîâà ïóçûðüêà è âûñâîáîæäåíèå îîöèòà èç ÿè÷íèêà îâóëÿöèÿ. Ýòî ïðîèñõîäèò ïðèìåðíî íà 14 äåíü öèêëà. Ñîäåðæèìîå ôîëëèêóëà èçëèâàåòñÿ â áðþøíóþ ïîëîñòü, íî ôèìáðèè ÿéöåâîäà ê ýòîìó âðåìåíè ðàñïîëàãàþòñÿ òàê, ÷òî îíè ïîäõâàòûâàþò îîöèò è ïî ÿéöåâîäó çðåëàÿ ÿéöåêëåòêà ïåðåõîäèò è ìàòêó. Ïîñëå âûáðîñà îîöèòà îñòàòî÷íûé ôîëëèêóë â ÿè÷íèêå ïðåâðàùàåòñÿ ïîä äåéñòâèåì ëþòåèíèçèðóþùåãî ãîðìîíà â ãîðìîíàëüíî àêòèâíóþ òêàíü æåëòîå òåëî. Íàñòóïàåò ëþòåðàëüíàÿ ôàçà ýñòðàëüíîãî öèêëà (ñåêðåòîðíàÿ ôàçà ìåíñòðóàëüíîãî öèêëà). Ôîëëèêóëÿðíûå êëåòêè íàêàïëèâàþò æåëòûé ïèãìåíò ëþòåèí (âåùåñòâî èç

ãðóïïû ëèïîõðîìîâ). Ñåòü êàïèëëÿðîâ ðàçðàñòàåòñÿ è îõâàòûâàåò êàæäóþ ëþòåèíîâóþ êëåòêó, è æåëòîå òåëî íà÷èíàåò ïðîäóöèðîâàòü ïðîãåñòåðîí. Êðîìå òîãî, æåëòîå òåëî ïðîäóöèðóåò ýñòðîãåí. Ïðîãåñòåðîí è ýñòðîãåí ñòèìóëèðóþò ñëèçèñòóþ îáîëî÷êó ìàòêè (ýíäîìåòðèé), âûçûâàÿ åå óòîëùåíèå è ñåêðåöèþ áîãàòîé ïèòàòåëüíûìè âåùåñòâàìè æèäêîñòè, òî åñòü ïðèâîäÿò ñëèçèñòóþ ìàòêè â ñîñòîÿíèè ãîòîâíîñòè ê èìïëàíòàöèè îïëîäîòâîðåííîãî ÿéöà. Ýòè æå ãîðìîíû ïîäàâëÿþò âûäåëåíèå ãèïîôèçîì ÔÑÃ è ËÃ, è òàêèì îáðàçîì, òîðìîçÿò ñîçðåâàíèå äðóãèõ ôîëëèêóëîâ. Æåëòîå òåëî ôóíêöèîíèðóåò ó ÷åëîâåêà 12-14 äíåé è ðóáöóåòñÿ, åñëè íå ïðîèñõîäèò îïëîäîòâîðåíèÿ. Åñëè îïëîäîòâîðåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ, æåëòîå òåëî ôóíêöèîíèðóåò áîëåå äëèòåëüíîå âðåìÿ, ïðåâðàùàÿñü â æåëòîå òåëî áåðåìåííîñòè. Ó ðàçëè÷íûõ âèäîâ ìëåêîïèòàþùèõ ýñòðàëüíûå (îâàðèàëüíûå) öèêëû ñóùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ êàê ïî ïðîäîëæèòåëüíîñòè, òàê è ïî ÷àñòîòå. Ó íåêîòîðûõ âèäîâ â òå÷åíèå ãîäà îñóùåñòâëÿåòñÿ îäèí ýñòðàëüíûé öèêë, ïðèóðî÷åííûé ê îïðåäåëåííîìó ñåçîíó. Ó îäíèõ ìëåêîïèòàþùèõ îâóëÿöèè ïðîèñõîäÿò ñïîíòàííî, à ó äðóãèõ èíäóöèðóþòñÿ ñïàðèâàíèåì. Ó ìûøåâèäíûõ ãðûçóíîâ ýñòðàëüíûå öèêëû î÷åíü êîðîòêèå (4-6 ñóò) è â íèõ îòñóòñòâóåò ëþòåàëüíàÿ ôàçà, òàê êàê åñëè íåò ñïàðèâàíèÿ, æåëòûå òåëà â ÿè÷íèêàõ ðàçâèâàþòñÿ ïëîõî è ôóíêöèîíèðóþò êîðîòêîå âðåìÿ, âûäåëÿÿ ìàëî ïðîãåñòåðîíà. Áîëüøèíñòâî ìëåêîïèòàþùèõ

___________________________________________________________________________________

3-16


______________________________________________________________________________

(ãðûçóíû, õèùíèêè, íåêîòîðûå êîïûòíûå) èìååò ìíîãî÷èñëåííûé ïîìåò. Âî âðåìÿ îâóëÿöèè ÿè÷íèêè âûäåëÿþò îäíîâðåìåííî íåñêîëüêî ÿéöåêëåòîê, êàæäàÿ èç êîòîðûõ ìîæåò áûòü îïëîäâîðåíà îäíèì ñïåðìèåì (ïîëèîâóëÿöèÿ). Íàïðèìåð, ó ëàáîðàòîðíûõ ìûøåé è êðûñ îäíîâðåìåííî îâóëèðóåò 8-10 ÿéöåêëåòîê, ó õîìÿ÷êîâ 6-8, ó ñâèíåé 8-12. Ó âûñøèõ êîïûòíûõ (ëîøàäåé è êðóïíîãî ðîãàòîãî ñêîòà) è âûñøèõ ïðèìàòîâ, âêëþ÷àÿ ÷åëîâåêà, ïðè îâóëÿöèè îáðàçóåòñÿ, êàê ïðàâèëî, òîëüêî îäíà ÿéöåêëåòêà. Íî èíîãäà áûâàþò èñêëþ÷åíèÿ. Äèçèãîòíûå áëèçíåöû. Åñëè îäíîâðåìåííî ñîçðåâàþò äâà îîöèòà, òî ïðè îïëîäîòâîðåíèè äâóìÿ ðàçíûìè ñïåðìèÿìè âîçíèêàþò äèçèãîòíûå (ÄÇ) áëèçíåöû. Ó ìàðòûøåê ÄÇ áëèçíåöû ðîæäàþòñÿ ðåãóëÿðíî. Ïîëèîâóëÿöèÿ ïðèâîäèò èíîãäà ê îáðàçîâàíèþ òðèçèãîòíûõ òðîåí è êâàäðèçèãîòíûõ ÷åòâåðåí ó ÷åëîâåêà.×àñòîòà ðîæäåíèÿ ÄÇ áëèçíåöîâ ïîâûøàåòñÿ ñ âîçðàñòîì ìàòåðè; îò ïðàêòè÷åñêè íóëåâîãî çíà÷åíèÿ â ïóáåðòàíòíîì ïåðèîäå äî 0,7-0,8% â âîçðàñòå 35-39 ëåò. 3.1.8. Ñîçðåâàíèå îîöèòà. Ìåéîç âîçîáíîâëÿåòñÿ â îîöèòàõ, íàõîäÿùèõñÿ â êðóïíûõ àíòðàëüíûõ ôîëëèêóëàõ, êîòîðûå ãîòîâÿòñÿ ê îâóëÿöèè. Îäíàêî êîìïåòåíòíîñòü ê ñîçðåâàíèþ âîçíèêàåò ó îîöèòîâ, íàõîäÿùèõñÿ íà ïðåàíòðàëüíîé ñòàäèè. Îöåíêó êîìïåòåíòíîñòè îîöèòà ìîæíî ïðîâåñòè in vitro. Êîìïåòåíòíûå îîöèòû ñîçðåâàþò in vitro â ëþáîé

êóëüòóðàëüíîé ñðåäå áåç äîáàâëåíèÿ ãîðìîíîâ. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ñîçðåâàíèå îîöèòîâ ïðîèñõîäèò èç-çà èçìåíåíèÿ ïðèðîäû è èíòåíñèâíîñòè ñèãíàëîâ, ïîñòóïàþùèõ â îîöèò èç ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê. Âîçìîæíî, ÷òî ñîçðåâàíèå ñòèìóëèðóåòñÿ íàðóøåíèåì ìåæêëåòî÷íîãî ñîïðÿæåíèÿ îîöèòà è ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê, âîçíèêàþùåãî ïðè ðàçâèòèè ôîëëèêóëà è óâåëè÷åíèè àíòðàëüíîé ïîëîñòè. Êàê ïîëàãàþò, ÷åðåç ùåëåâûå êîíòàêòû â îîöèò ïîñòóïàþò èíãèáèòîðû ñîçðåâàíèÿ, à ïðè ðàçâèòèè ôîëëèêóëà èõ ïîñòóïëåíèå â îîöèò ñóùåñòâåííî ïîíèæàåòñÿ. Äëÿ ìíîãèõ ìëåêîïèòàþùèõ òî÷íî èçâåñòíà ïðîäîëæèòåëüíîñòü ñîçðåâàíèÿ îîöèòîâ. Â íîðìå îâóëÿöèÿ ñîâïàäàåò ñ îêîí÷àíèåì ñîçðåâàíèÿ îîöèòîâ, òî åñòü ó áîëüøèíñòâà ìëåêîïèòàþùèõ îâóëèðóþò îîöèòû, íàõîäÿùèåñÿ íà ñòàäèè ìåòàôàçû II. Ïðîäîëæèòåëüíîñòü ñîçðåâàíèÿ îîöèòîâ â çàâèñèìîñòè îò âèäîâ ìëåêîïèòàþùèõ çàíèìàåò îò 9 - 11 äî 36 - 40 ÷àñîâ. Êàê óæå ãîâîðèëîñü, äëÿ ìëåêîïèòàþùèõ, êàê è äëÿ áîëüøèíñòâà ïîçâîíî÷íûõ, ñîçðåâàíèåì îîöèòà (ñîçðåâàíèåì ÿéöåêëåòêè) ñ÷èòàåòñÿ ïðîöåññ ðàçâèòèÿ îîöèòà 1-ãî ïîðÿäêà, îõâàòûâàþùèé ïåðèîä âðåìåíè îò ïåðâîãî äåëåíèÿ ìåéîçà äî ñëåäóþùåãî áëîêà îîöèòà íà ñòàäèè ìåòàôàçû II. Íà ýòîé ñòàäèè òåïåðü óæå îîöèò 2-ãî ïîðÿäêà îñòàåòñÿ äî îïëîäîòâîðåíèÿ, ïîä âëèÿíèåì êîòîðîãî ïðîèñõîäèò çàâåðøåíèå ìåéîçà. Ïåðâûì ìîðôîëîãè÷åñêèì ïðèçíàêîì ñîçðåâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ

___________________________________________________________________________________

3-17


______________________________________________________________________________

ðàçðóøåíèå çàðîäûøåâîãî ïóçûðüêà. Ýòî ïðîèñõîäèò â êîíöå äèïëîòåíû äèàêèíåçå. Ïåðåõîä èç äèïëîòåíû â äèàêèíåç ïðîèñõîäèò ïëàâíî, ïîýòîìó îí òðóäíî ðàçëè÷èì. Äèàêèíåç. Íà ýòîé ñòàäèè íàáëþäàåòñÿ ìàêñèìàëüíàÿ êîíäåíñàöèÿ õðîìîñîì è òåðìèíàëèçàöèÿ õèàçì, òî åñòü äèàêèíåç çàâåðøàåò ïðîôàçó ïåðâîãî äåëåíèÿ ìåéîçà. Ïîñëå ðàçðóøåíèÿ ÿäåðíîé îáîëî÷êè ñòàíîâÿòñÿ âèäíû áèâàëåíòû. Îäíîâðåìåííî îáðàçóåòñÿ âåðåòåíî ìåéîòè÷åñêîãî äåëåíèÿ. Áèâàëåíòû (òåòðàäû) ïðèêðåïëÿþòñÿ ê âåðåòåíó òàêèì îáðàçîì, ÷òî ðåäóêöèîííàÿ ùåëü ìåæäó ãîìîëîãàìè ðàñïîëàãàåòñÿ ïî ýêâàòîðó âåðåòåíà. Çàòåì íà÷èíàåòñÿ ðàñõîæäåíèå ãîìîëîãè÷íûõ õðîìîñîì (äèàä) ê ïîëþñàì âåðåòåíà òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû îäíà èç ãîìîëîãè÷íûõ õðîìîñîì îñòàëàñü â îîöèòå, à äðóãàÿ ïîïàëà â ïîëÿðíîå òåëüöå. Â ïåðâîì äåëåíèè ñîçðåâàíèÿ (êàê è âî âòîðîì ìåéîòè÷åñêîì äåëåíèè) îñóùåñòâëÿåòñÿ àñèììåòðè÷íûé öèòîêèíåç. Ýòî îáóñëîâëèâàåòñÿ òåì, ÷òî êîíòðàêòèëüíîå êîëüöî, áëàãîäàðÿ êîòîðîìó ïðîèñõîäèò öèòîêèíåç, ôîðìèðóåòñÿ íå â öåíòðå, à áëèæå ê îäíîìó èç ïîëþñîâ îîöèòà. Ïîýòîìó êîãäà âûäåëÿåòñÿ ïîëÿðíîå òåëüöå, åãî ðàçìåðû çíà÷èòåëüíî ìåíüøå ðàçìåðîâ îîöèòà. Îáíàðóæåíî, ÷òî â îáëàñòè, ñîîòâåòñòâóþùåé áóäóùåìó ìåñòó îáðàçîâàíèÿ ïîëÿðíîãî òåëüöà, ëîêàëüíî ìåíÿåòñÿ ïëàçìàòè÷åñêàÿ ìåìáðàíà. Ñîçðåâàíèå îîöèòîâ ñâÿçàíî ñ öåëûì ðÿäîì èçìåíåíèé â îðãàíèçàöèè öèòîïëàçìû, îñîáåííî îðãàíèçàöèè öèòîñêåëåòà. Ñõîäíàÿ êàðòèíà

íàáëþäàåòñÿ è ïðè àêòèâàöèè ÿéöà, òî åñòü ïðè çàâåðøåíèè 2-ãî ìåéîòè÷åñêîãî äåëåíèÿ. Â îáîèõ ñëó÷àÿõ ñèñòåìà ìèêðîôèëàìåíòîâ ìèêðîòðóáî÷åê öèòîñêåëåòà âîâëå÷åíà â ïîääåðæàíèå áëîêà ìåéîçà. Èçìåíåíèå öèòîñêåëåòà îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîä âëèÿíèåì ìåíÿþùåãîñÿ ñîäåðæàíèÿ â ñîçðåâàþùåì îîöèòå äâóõâàëåíòíûõ êàòèîíîâ, öèêëè÷åñêèõ íóêëåîòèäîâ, à òàêæå èç-çà èçìåíåíèÿ ïðîíèöàåìîñòè ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû è âíóòðèêëåòî÷íîãî ðÍ. Ïðîöåññ íà÷èíàåòñÿ ñ ìèêðîôèëàìåíòîâ â ñóáêîðòèêàëüíîì ñëîå îîöèòà è ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà âåñü öèòîñêåëåò. Âñå òðè êîìïîíåíòà öèòîñêåëåòà (ìèêðîòðóáî÷êè, ôèëàìåíòû f-àêòèíà è ïðîìåæóòî÷íûå ôèëàìåíòû) îáðàçóþò åäèíóþ ñèñòåìó, áëàãîäàðÿ êîòîðîé â îîöèòå ïðîèñõîäèò ïåðåäâèæåíèå íå òîëüêî õðîìîñîì, íî òàêæå ëèçîñîì è äðóãèõ îðãàíåëë. Ëèçîñîìû ïåðåìåùàþòñÿ è ñêàïëèâàþòñÿ â ðàéîíå öèòîïëàçìû, íåïîñðåäñòâåííî îêðóæàþùåì çàðîäûøåâûé ïóçûðåê, ïðèëåãàÿ ê ÿäåðíîé îáîëî÷êå. Ëèçîñîìû ïðèíèìàþò íåïîñðåäñòâåííîå ó÷àñòèå â ðàçðóøåíèè ÿäåðíîé îáîëî÷êè. Ïðè ðàñïàäå ÿäåðíîé îáîëî÷êè áèâàëåíòû òåðÿþò ñ íåé ñâÿçü, à èç ìèêðîòðóáî÷åê è îðãàíèçóþùèõ öåíòðîâ ìèêðîòðóáî÷åê (Microtubule organizing centers - ÌÒÎÑ) ôîðìèðóåòñÿ ìåéîòè÷åñêîå âåðåòåíî ïåðâîãî äåëåíèÿ ñîçðåâàíèÿ. Ïðè èññëåäîâàíèè ñàìîñáîðêè è ñòðîåíèÿ ìåéîòè÷åñêîãî âåðåòåíà â ïåðâîì è âòîðîì äåëåíèÿõ ñîçðåâàíèÿ îîöèòîâ ìûøåé óñòàíîâëåíî, ÷òî â îáîèõ ñëó÷àÿõ âåðåòåíî îòëè÷àåòñÿ îò

___________________________________________________________________________________

3-18


______________________________________________________________________________

ìèòîòè÷åêîãî âåðåòåíà òåì, ÷òî îíî ëèøåíî öåíòðèîëåé è èìååò «áî÷êîîáðàçíóþ» ôîðìó, íàïîìèíàÿ ìèòîòè÷åñêîå âåðåòåíî ðàñòèòåëüíûõ êëåòîê. Âìåñòî öåíòðèîëåé ïî ïîëþñàì ìåéîòè÷åñêîãî âåðåòåíà îîöèòîâ ðàñïîëàãàþòñÿ ïî 10 è áîëüøå ÌÒÎÑ, ñîâîêóïíîñòü êîòîðûõ îáðàçóåò íà ïîëþñå êàê áû îáðó÷, ðàçîðâàííûé íà ðÿä ÷àñòåé. Öåíòðèîëè âèäíû â ïàõèòåííûõ îîöèòàõ ìëåêîïèòàþùèõ, íî íà ïîñëåäóþùèõ ñòàäèÿõ ðîñòà îîöèòîâ îíè äåçèíòåãðèðóþòñÿ. Â îòëè÷èå îò îîãåíåçà, â ñïåðìàòîãåíåçå ìëåêîïèòàþùèõ öåíòðèîëè ñîõðàíÿþòñÿ è ôóíêöèîíèðóþò íà ïîëþñàõ ìåéîòè÷åñêîãî âåðåòåíà âî âðåìÿ îáîèõ äåëåíèé ñîçðåâàíèÿ. Ïðè îïëîäîòâîðåíèè ó ìëåêîïèòàþùèõ ñïåðìèé ïðèâíîñèò öåíòðèîëü â ÿéöî, îäíàêî ýòà öåíòðèîëü íå ïðèíèìàåò íèêàêîãî ó÷àñòèÿ íè â ôóíêöèè ìåéîòè÷åñêîãî âåðåòåíà âòîðîãî äåëåíèÿ ñîçðåâàíèÿ, íè â ïîñëåäóþùèõ äåëåíèÿõ äðîáëåíèÿ è áåññëåäíî èñ÷åçàåò. Ìåéîòè÷åñêîå âåðåòåíî îîöèòîâ ìëåêîïèòàþùèõ ôóíêöèîíàëüíî ìåíåå ñîâåðøåííî, ÷åì ìèòîòè÷åñêîå âåðåòåíî ñîìàòè÷åñêèõ êëåòîê. Ýòî æå îòíîñèòñÿ è ê âåðåòåíó ïåðâûõ äåëåíèé äðîáëåíèÿ çàðîäûøà, òàê êàê áëàñòîìåðû â ïåðâûõ äåëåíèÿõ äðîáëåíèÿ èìåþò ìèòîòè÷åñêîå âåðåòåíî áåç öåíòðèîëåé, î÷åíü ïîõîæåå íà ìåéîòè÷åñêîå âåðåòåíî îîöèòîâ. Òèïè÷íîå ìèòîòè÷åñêîå âåðåòåíî ñ öåíòðèîëÿìè îáðàçóåòñÿ â áëàñòîìåðàõ òîëüêî ïîñëå òðåòüåãî äåëåíèÿ äðîáëåíèÿ. Âî âñåõ ýòèõ ñëó÷àÿõ îòñóòñòâèå öåíòðèîëåé è íàëè÷èå âìåñòî íèõ ìíîæåñòâåííûõ

ÌÒÎÑ íà ïîëþñàõ âåðåòåíà ìîæåò ñïîñîáñòâîâàòü íåïðàâèëüíîìó ðàñõîæäåíèþ õðîìîñîì. Êîìïëåêñ ÌÒÎÑ - ìèêðîòðóáî÷êè - õðîìîñîìà ìîæåò îòäåëèòüñÿ îò âåðåòåíà, ñåãðåãàöèÿ òàêîé õðîìîñîìû íàðóøàåòñÿ, è îíà ëèáî îñòàåòñÿ â îîöèòå, ëèáî öåëèêîì ïåðåõîäèò â ïîëÿðíîå òåëüöå. Â ñëó÷àå ïåðâîãî äåëåíèÿ ñîçðåâàíèÿ íåïðàâèëüíîå ðàñõîæäåíèå êàñàåòñÿ áèâàëåíòà, à âî âòîðîì äåëåíèè ñîçðåâàíèÿ - îäíîé õðîìîñîìû (äèàäû). Åñòü îñíîâàíèÿ ïîëàãàòü, ÷òî âî âðåìÿ ïåðâîãî äåëåíèÿ ñîçðåâàíèÿ ìîæåò ïðîèñõîäèòü èçáèðàòåëüíîå ðàñõîæäåíèå íåêîòîðûõ õðîìîñîì, êîòîðûå ëèáî îñòàþòñÿ â îîöèòå, ëèáî ïåðåõîäÿò â ïîëÿðíîå òåëüöå. Íàïðèìåð, ïðè ñîçðåâàíèè îîöèòîâ îò ÕÎ ìûøåé, óíèâàëåíò Õ õðîìîñîìû ïðåäïî÷òèòåëüíî ñîõðàíÿåòñÿ â îîöèòå, à íå ïîïàäàåò â ïåðâîå ïîëÿðíîå òåëüöå. Íàðóøåíèå ñåãðåãàöèè õðîìîñîì âî âðåìÿ ïåðâîãî ìåéîòè÷åñêîãî äåëåíèÿ çíà÷èòåëüíî ÷àùå ñëóæèò ïðè÷èíîé îáðàçîâàíèÿ àíåóïëîèäíûõ ãàìåò ó ÷åëîâåêà è ìëåêîïèòàþùèõ æèâîòíûõ, ÷åì íàðóøåíèå ñåãðåãàöèè õðîìîñîì âî âðåìÿ âòîðîãî äåëåíèÿ ñîçðåâàíèÿ. Ïîýòîìó åñòü îñíîâàíèå ïîëàãàòü, ÷òî ìåéîòè÷åñêîå âåðåòåíî ïåðâîãî äåëåíèÿ ñîçðåâàíèÿ ìåíåå ñîâåðøåííî è áîëåå ÷óâñòâèòåëüíî ê íåêîòîðûì àëüòåðèðóþùèì àãåíòàì. Ïîêàçàíî, ÷òî ê òàêèì àãåíòàì îòíîñèòñÿ è ýòèëîâûé ñïèðò, êîòîðûé ñïîñîáåí âûçûâàòü íåðàñõîæäåíèå õðîìîñîì âî âðåìÿ ïåðâîãî è âòîðîãî ìåéîòè÷åñêîãî äåëåíèÿ îîöèòîâ ìûøåé. Èçìåíÿåòñÿ ñîñòîÿíèå ìåéîòè÷åñêîãî âåðåòåíà è ïðè

___________________________________________________________________________________

3-19


______________________________________________________________________________

ñòàðåíèè ãàìåò. Ïîñëå ìåòàôàçû I áûñòðî ïðîèñõîäèò àíàôàçà I è òåëîôàçà I, âî âðåìÿ êîòîðîé ôîðìèðóåòñÿ ÿäåðíàÿ îáîëî÷êà. Îáðàçîâàâøèéñÿ îîöèò 2ãî ïîðÿäêà ñîäåðæèò õðîìîñîìû, êàæäàÿ èç êîòîðûõ ñîñòîèò èç äâóõ ñåñòðèíñêèõ õðîìàòèä. Ýòè õðîìîñîìû âèçóàëüíî êàê áû íåïîñðåäñòâåííî ïåðåõîäÿò â ìåòàôàçó âòîðîãî ìåéîòè÷åñêîãî äåëåíèÿ. Íà ñàìîì äåëå, êîíå÷íî, ñóùåñòâóåò î÷åíü êîðîòêàÿ èíòåðôàçà, âî âðåìÿ êîòîðîé ÄÍÊ íå ðåïëèöèðóåòñÿ, à õðîìîñîìû ëèøü íåñêîëüêî äåñïèðàëèçóþòñÿ. Çà íåé, êàê îáû÷íî, ñëåäóåò ïðîôàçà II, îíà òîæå î÷åíü êîðîòêàÿ. ßäåðíàÿ îáîëî÷êà ðàçðóøàåòñÿ, êîãäà ôîðìèðóåòñÿ ìåéîòè÷åñêîå âåðåòåíî âòîðîãî äåëåíèÿ (îíî îò÷åòëèâî ðàçëè÷èìî â îâóëèðîâàâøèõ ÿéöåêëåòêàõ). Íà ñòàäèè ìåòàôàçû II ÿéöåêëåòêè ìëåêîïèòàþùèõ áëîêèðóþòñÿ, è çàâåðøåíèå ìåéîçà â íèõ ïðîèñõîäèò òîëüêî ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ èëè èñêóññòâåííîé àêòèâàöèè.

ôîëëèêóëÿðíûìè êëåòêàìè ïðîãåñòåðîíà. Ïðîãåñòåðîí, êàê ïîëàãàþò, ñâÿçûâàåòñÿ ñ ðåöåïòîðíûìè áåëêàìè ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû. Ïðè ýòîì ïðîèñõîäèò èíàêòèâàöèÿ àäåíèëàòöèêëàçû ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû îîöèòà, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ñíèæàåòñÿ êîíöåíòðàöèÿ ñÀÌÐ â öèòîçîëè, ÷òî ïðèâîäèò ê ñíèæåíèþ àêòèâíîñòè ñÀÌÐ-çàâèñèìîé ïðîòåèíêèíàçû (À-êèíàçû). Ñíèæåíèå À-êèíàçû ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìûì è äîñòàòî÷íûì óñëîâèåì äëÿ çàïóñêà ïðîãðàììû ñîçðåâàíèÿ îîöèòà. Ýêñïåðèìåíòû íà ìûøèíûõ îîöèòàõ ïîêàçàëè, ÷òî ó ìëåêîïèòàþùèõ äåéñòâóåò àíàëîãè÷íûé âíóòðèêëåòî÷íûé ìåõàíèçì ïåðåäà÷è ñèãíàëîâ. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî À-êèíàçà ôîñôîðèëèðóåò è òàêèì îáðàçîì ïîääåðæèâàåò àêòèâíîñòü ôîñôîïðîòåèíîâ, îòâåòñòâåííûõ çà çàäåðæêó îîöèòîâ â ïðîôàçå I. Ïàäåíèå óðîâíÿ ñÀÌÐ ïðèâîäèò ê ïîíèæåíèþ àêòèâíîñòè À-êèíàçû è, â êîíå÷íîì èòîãå, ê äåôîñôîðèëèðîâàíèþ ýòèõ 3.1.9. Ìîëåêóëÿðíûå ïðîöåññû, áåëêîâ. Èçâåñòíî, ÷òî â îîöèòàõ îòâåòñòâåííûå çà ñîçðåâàíèå îîöèòà. ëÿãóøêè èíàêòèâàöèÿ À-êèíàçû ïîä äåéñòâèåì ïðîãåñòåðîíà èíèöèèðóåò Ñ íàñòóïëåíèåì ïîëîâîé ñëîæíóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ñîáûòèé. çðåëîñòè, êîãäà â êðîâè ïîÿâëÿþòñÿ Ìåõàíèçì ýòîãî ïðîöåññà íå âûÿñíåí. ãîíàäîòðîïèíû, ïðîèñõîäèò Â êîíöå êîíöîâ ïðîèñõîäèò àêòèâàöèÿ çàâåðøåíèå ìåéîçà I â ñîçðåâàþùåì áåëêîâîãî êîìïëåêñà, íàçûâàåìîãî îîöèòå. Ãîíàäîòðîïèíû ñòèìóëèðóþò ôàêòîðîì èíèöèàöèè Ì-ôàçû. Ôàêòîð âûäåëåíèå ôîëëèêóëÿðíûìè êëåòêàìè èíèöèàöèè Ì-ôàçû âïåðâûå áûë âòîðè÷íîãî ìåäèàòîðà, êîòîðûé îáíàðóæåí â îîöèòàõ Xenopus â âîçäåéñòâóåò íà îîöèòû è èíäóöèðóåò êà÷åñòâå ôàêòîðà, èíèöèèðóþùåãî èõ ñîçðåâàíèå. Ïðîöåññ ñîçðåâàíèÿ ñîçðåâàíèå (MPF - maturation promoting ÿéöåêëåòêè íàèáîëåå ïîëíî èçó÷åí ó factor). Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî îí àìôèáèé. Ãîíàäîòðîïèíû, íåîáõîäèì äëÿ âûõîäà îîöèòîâ èç íàõîäÿùèåñÿ ïîä êîíòðîëåì ïðîôàçû I ìåéîçà. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ãèïîôèçà, èíèöèèðóþò âûäåëåíèå óñòàíîâëåíî, ÷òî MPF èãðàåò

___________________________________________________________________________________

3-20


______________________________________________________________________________

êëþ÷åâóþ ðîëü â êëåòî÷íîì öèêëå, ïðè÷åì êàê ìèòîçå, òàê è ìåéîçå. Ýòîò áåëêîâûé ôàêòîð èñêëþ÷èòåëüíî êîíñåðâàòèâåí è íàéäåí ó âñåõ ýóêàðèîò è ëèøåí âèäîñïåöèôè÷íîñòè. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè MPF åùå íå èçó÷åí äîñêîíàëüíî, èçâåñòíî, ÷òî âàæíàÿ ðîëü â àêòèâàöèè MPF ïðèíàäëåæèò ôîñôîðèëèðîâàíèþ è ÷òî, ïî ìåíüøåé ìåðå, îäèí èç êîìïîíåíòîâ MPF ÿâëÿåòñÿ ïðîòåèíêèíàçîé. Òàêèì îáðàçîì, MPF ìîæåò ñàì ñåáÿ ôîñôîðèëèðîâàòü è, ñëåäîâàòåëüíî, àêòèâèðîâàòü. Ýòî âàæíî, òàê êàê ïðè èíèöèàöèè ñîçðåâàíèÿ ïðîèñõîäèò àêòèâàöèÿ íåáîëüøèõ êîëè÷åñòâ MPF, êîòîðûå, â ñâîþ î÷åðåäü, àêòèâèðóþò çíà÷èòåëüíî áîëüøèå êîëè÷åñòâà MPF, ïðèñóòñòâóþùèå â öèòîïëàçìå â íåàêòèâíîì ñîñòîÿíèè. Êëþ÷åâàÿ ðîëü ÌPF â îáû÷íîì êëåòî÷íîì äåëåíèè îáóñëîâëåíà òåì, ÷òî îì èíèöèèðóþò ïåðåõîä êëåòêè èç G2 â Ì-ôàçó. Êàê ýòî ïðîèñõîäèò? Ïî-âèäèìîìó, íà ìîëåêóëÿðíîì óðîâíå ôàçà Ì èíèöèèðóåòñÿ êàñêàäîì ôîñôîðèëèðîâàíèÿ áåëêîâ, çàïóñêàåìûõ ïðè ïîÿâëåíèè MPF, è çàêàí÷èâàåòñÿ ïðè äåôîñôîðèëèðîâàíèè, êîòîðîå âîçâðàùàåò áåëêè â èõ èíòåðôàçíîå ñîñòîÿíèå. Â ñâîþ î÷åðåäü ôîñôîðèëèðîâàíèå áåëêîâ â òå÷åíèå Ì-ôàçû, âåðîÿòíî, îòâåòñòâåííî çà ìíîãèå ìîðôîëîãè÷åñêèå èçìåíåíèÿ, ñîïðîâîæäàþùèå ìèòîç, â òîì ÷èñëå è çà êîíäåíñàöèþ õðîìîñîì, ðàçðóøåíèå ÿäåðíîé îáîëî÷êè è èçìåíåíèÿ öèòîñêåëåòà. Ïåðâîå õîðîøî âèäèìîå ïðîÿâëåíèå íàñòóïàþùåé Ì-ôàçû ñîñòîèò â

ïîñòåïåííîì óïëîòíåíèè äèñïåðñíîãî èíòåðôàçíîãî õðîìàòèíà â íèòåâèäíûå õðîìîñîìû. Ýòà êîíäåíñàöèÿ õðîìîñîì íåîáõîäèìà äëÿ èõ ïîñëåäóþùåãî óïîðÿäî÷åííîãî ðàñõîæäåíèÿ â äî÷åðíèå êëåòêè è ñîïðîâîæäàåòñÿ ôîñôîðèëèðîâàíèåì ìíîãî÷èñëåííûõ ìîëåêóë ãèñòîíà HI, èìåþùèõñÿ â êëåòêå (äî øåñòè ôîñôàòíûõ ãðóïï íà îäíó ìîëåêóëó HI). Ãèñòîí HI ïðèñóòñòâóåò â êîëè÷åñòâå ïðèìåðíî îäíîé ìîëåêóëû íà íóêëåîñîìó è èçâåñòíî, ÷òî îí ó÷àñòâóåò â óïàêîâêå íóêëåîñîì. Ñêîðåå âñåãî åãî ôîñôîðèëèðîâàíèå êèíàçîé MPF â íà÷àëå ôàçû Ì äîëæíî áûòü ãëàâíîé ïðè÷èíîé êîíäåíñàöèè õðîìîñîì. Âîçìîæíî òàêæå, ÷òî MPF ó÷àñòâóåò è â ñèíòåçå íåèçâåñòíîé ïðîòåèíêèíàçû, êîòîðàÿ âûçûâàåò èíòåíñèâíîå ôîñôîðèëèðîâàíèå ñòðóêòóðíûõ áåëêîâ ÿäåðíûõ îáîëî÷åê è õðîìîñîì. Â èòîãå ÿäåðíûå îáîëî÷êè ðàçðóøàþòñÿ, à õðîìîñîìû êîíäåíñèðóþòñÿ. Ïðîôàçà I ìåéîçà î÷åíü ïîõîæà íà ôàçó G2 îáû÷íîãî êëåòî÷íîãî öèêëà: ÄÍÊ óæå ðåïëèöèðîâàëàñü è ÿâëÿåòñÿ àêòèâíîé â îòíîøåíèè òðàíñêðèïöèè, ÿäåðíàÿ îáîëî÷êà èíòàêòíà, à ìèòîòè÷åñêîå âåðåòåíî äåëåíèÿ åùå íå ñôîðìèðîâàëîñü. Áîëåå òîãî, ïîäîáíî ïåðåõîäó èç G2 â Ì-ôàçó äåëÿùåéñÿ ñîìàòè÷åñêîé êëåòêè, ïåðåõîä îò ïðîôàçû I ê Ì-ôàçå ìåéîçà çàïóñêàåòñÿ MPF. Ñ÷èòàþò, ÷òî öèêëè÷åñêèå èçìåíåíèÿ àêòèâíîñòè MPF îïðåäåëÿþò ìîìåíòû âñòóïëåíèÿ êëåòêè â ìèòîç è âûõîäà èç íåãî. Ïîâèäèìîìó, ïðè ñîçðåâàíèè îîöèòîâ MPF ïðåòåðïåâàåò àíàëîãè÷íûå öèêëè÷åñêèå èçìåíåíèÿ. Óâåëè÷åíèå êîëè÷åñòâà MPF ñíà÷àëà çàïóñêàåò

___________________________________________________________________________________

3-21


______________________________________________________________________________

ïðîõîæäåíèå îîöèòà ÷åðåç ïðîôàçó è âñòóïëåíèå åãî â ìåòàôàçó ïåðâîãî äåëåíèÿ ìåéîçà. Çàòåì ïîñëåäóþùàÿ èíàêòèâàöèÿ MPF ïîçâîëÿåò îîöèòàì çàâåðøèòü äåëåíèå ÿäðà, à íîâàÿ àêòèâàöèÿ MPF èíèöèèðóåò ïåðåõîä êëåòêè â Ì-ôàçó âòîðîãî äåëåíèÿ ìåéîçà. Ïîëàãàþò, ÷òî ñóùåñòâóåò ñèñòåìà çàäåðæêè âòîðîãî ìåéîòè÷åñêîãî äåëåíèÿ, òî åñòü ñóùåñòâóåò íåêèé öèòîñòàòè÷åñêèé ôàêòîð (CSF), ñâîéñòâà êîòîðîãî ñëàáî èçó÷åíû. Ýòîò ôàêòîð ïðåäîòâðàùàåò èíàêòèâàöèþ MPF, ïðèîñòàíàâëèâàÿ òàêèì îáðàçîì çðåëûå ÿéöåêëåòêè íà ñòàäèè ìåòàôàçû II. Îïëîäîòâîðåíèå, âîçìîæíî, áëàãîäàðÿ ïîâûøåíèþ êîíöåíòðàöèè Ñà 2+ â öèòîçîëå ïîçâîëÿåò îîöèòàì çàâåðøèòü âòîðîå äåëåíèå ìåéîçà è âìåñòå ñ ïîñëåäîâàòåëüíûìè ñåðèÿìè àêòèâàöèè è èíàêòèâàöèè MPF, îïðåäåëÿþùèìè ïðîõîæäåíèå êëåòîê ÷åðåç ïîâòîðÿþùèåñÿ ìèòîòè÷åñêèå äåëåíèÿ, çàïóñêàåò ïðîöåññ ðàçâèòèÿ ýìáðèîíà. Äëÿ íîðìàëüíîãî çàïóñêà àêòèâíîñòè MPF òðåáóåòñÿ, ïîâèäèìîìó, òàêæå ñèíòåç äðóãîãî áåëêà, íàçûâàåìîãî öèêëèíîì. Öèêëèí áûë îáíàðóæåí â äðîáÿùèõñÿ ÿéöàõ Xenopus, ìîðñêèõ åæåé è äâóñòâîð÷àòûõ ìîëëþñêîâ. Àêòèâíîñòü öèêëèíà, êàê è MPF, çàâèñèò îò ôàçû êëåòî÷íîãî öèêëà. Õîòÿ öèêëèí ñèíòåçèðóåòñÿ ñ áîëüøîé ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ íà ïðîòÿæåíèè âñåãî öèêëà, îí âíåçàïíî ðàñïàäàåòñÿ â ñåðåäèíå Ìôàçû. Ïðåäïîëàãàþò, ÷òî ïîäúåì MPF â Ì-ôàçå âûçûâàåòñÿ ïîâûøåíèåì êîíöåíòðàöèè öèêëèíà äî íåêîòîðîãî ïîðîãîâîãî óðîâíÿ, à ðàçðóøåíèå

öèêëèíà ñâÿçàíî ñ êàêèì-òî íåèçâåñòíûì ñîáûòèåì â Ì-ôàçå; ïîñëåäóþùåå èñ÷åçíîâåíèå ÌÐF ìîæåò áûòü ñëåäñòâèåì ðàçðóøåíèÿ öèêëèíà. 3.1.10. Îïëîäîòâîðåíèå è ðàííèå ýòàïû äðîáëåíèÿ ýìáðèîíà.

Îïëîäîòâîðåíèå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîöåññ ñëèÿíèÿ äâóõ ïîëîâûõ êëåòîê (ãàìåò), â ðåçóëüòàòå ÷åãî âîçíèêàåò çèãîòà, ãåíîòèï êîòîðîé ïðåäñòàâëÿåò ñóììó ãåíîâ îáîèõ ðîäèòåëåé. Ïðîèñõîäÿùèå ïðè îïëîäîòâîðåíèè ñîáûòèÿ îáû÷íî ñâîäÿòñÿ ê ÷åòûðåì îñíîâíûì ïðîöåññàì: 1. Êîíòàêò ñïåðìèÿ ñ ÿéöîì è èõ âçàèìíîå óçíàâàíèå. Ýòî ýòàï êà÷åñòâåííîãî êîíòðîëÿ. Ñïåðìèé è ÿéöî äîëæíû ïðèíàäëåæàòü îäíîìó è òîìó æå âèäó. 2. Ðåãóëÿöèÿ ïðîíèêíîâåíèÿ ñïåðìèÿ â ÿéöî. Ýòî ýòàï êîëè÷åñòâåííîãî êîíòðîëÿ. Òîëüêî îäèí ñïåðìèé äîëæåí â êîíå÷íîì ñ÷åòå îïëîäîòâîðèòü ÿéöî. Âñå îñòàëüíûå ñïåðìèè äîëæíû áûòü ýëèìèíèðîâàíû. 3. Ñëèÿíèå ãåíåòè÷åñêîãî ìàòåðèàëà ñïåðìèÿ è ÿéöà. 4. Àêòèâàöèÿ ìåòàáîëèçìà ÿéöà äëÿ åãî âñòóïëåíèÿ íà ïóòü ðàçâèòèÿ. Îäíàêî ïðåæäå ÷åì ïåðåéòè ê ðàññìîòðåíèþ êàæäîãî ñîáûòèÿ ïðè îïëîäîòâîðåíèè, îñòàíîâèìñÿ íà ñòðîåíèè ñïåðìèÿ è ÿéöà, äâóõ òèïîâ êëåòîê, êîòîðûå ñïåöèàëèçèðîâàíû äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ àêòà îïëîäîòâîðåíèÿ.

___________________________________________________________________________________

3-22


______________________________________________________________________________

3.1.10.1. Ñïåðìèé.

Èçâåñòíî, ÷òî êàæäûé ñïåðìèé ñîäåðæèò ãàïëîèäíîå ÿäðî, äâèãàòåëüíóþ ñèñòåìó, îáåñïå÷èâàþùóþ ïåðåìåùåíèå ÿäðà, è íàáîð ôåðìåíòîâ, íåîáõîäèìûõ äëÿ ïðîíèêíîâåíèÿ ñïåðìèÿ â ÿéöî. Áîëüøàÿ ÷àñòü öèòîïëàçìû ñïåðìèÿ ýëèìèíèðóåòñÿ ïðè åãî ñîçðåâàíèè, è ñîõðàíÿþòñÿ òîëüêî íåêîòîðûå îðãàíåëëû, âèäîèçìåíåííûå äëÿ âûïîëíåíèÿ ñïåðìèåì ñâîåé ôóíêöèè. Â ïðîöåññå ôîðìèðîâàíèÿ ñïåðìèÿ öåíòðèîëü äàåò íà÷àëî äëèííîìó æãóòèêó â òîé îáëàñòè, êîòîðàÿ ñòàíåò çàäíèì êîíöîì ñïåðìèÿ. Ìèòîõîíäðèè ñîáèðàþòñÿ îêîëî æãóòèêà ó îñíîâàíèÿ ãàïëîèäíîãî ÿäðà è âõîäÿò â ñîñòàâ ñðåäíåé ÷àñòè ñïåðìèÿ. Îñòàëüíàÿ öèòîïëàçìà ñáðàñûâàåòñÿ, ãàïëîèäíîå ÿäðî ïðèîáðåòàåò îáòåêàåìóþ (îâàëüíóþ) ôîðìó, à ÄÍÊ ñèëüíî óïëîòíÿåòñÿ. Â ïåðåäíåé ÷àñòè ãîëîâêè ñïåðìèÿ íàõîäèòñÿ àêðîñîìíûé ïóçûðåê, ïðîèçîøåäøèé îò àïïàðàòà Ãîëüäæè è ñîäåðæàùèé ãèäðîëèòè÷åñêèå ôåðìåíòû. Ýòî îáðàçîâàíèå ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê èçìåíåííóþ ëèçîñîìó. Çàïàñ ôåðìåíòîâ â àêðîñîìíîì ïóçûðüêå ñëóæèò äëÿ ïðîíèêíîâåíèÿ ñïåðìèÿ ÷åðåç íàðóæíûå ïîêðîâû ÿéöà. Æãóòèêè ñïåðìèÿ èìååò ñëîæíîå ñòðîåíèå. Ãëàâíàÿ äâèãàòåëüíàÿ ñòðóêòóðà æãóòèêà íàçûâàåòñÿ àêñîíåìîé. Àêñîíåìó îáðàçóþò ìèêðîòðóáî÷êè, îòõîäÿùèå îò öåíòðèîëè, êîòîðàÿ íàõîäèòñÿ â îñíîâàíèè ÿäðà. Ñòåðæåíü àêñîíåìû ñîñòîèò èç äâóõ öåíòðàëüíûõ îäèíî÷íûõ ìèêðîòðóáî÷åê, îêðóæåííûõ êîëüöîì èç äåâÿòè

äâîéíûõ ìèêðîòðóáî÷åê. Ìèêðîòðóáî÷êè îáðàçîâàíû äèìåðíûì áåëêîì òóáóëèíîì. Ñ ìèêðîòðóáî÷êàìè ñâÿçàí òàêæå äðóãîé áåëîê - äèíåèí. Ýòîò áåëîê ìîæåò ãèäðîëèçîâàòü ìîëåêóëû ÀÒÔ, ïðåîáðàçóÿ âûäåëÿþùóþñÿ ïðè ýòîì õèìè÷åñêóþ ýíåðãèþ â ìåõàíè÷åñêóþ, çà ñ÷åò êîòîðîé è îñóùåñòâëÿåòñÿ äâèæåíèå ñïåðìèÿ. Âàæíàÿ ðîëü äèíåèíà î÷åâèäíà íà ïðèìåðå ìóæ÷èí ñ ãåíåòè÷åñêèì ñèíäðîìîì, íàçûâàåìûì òðèàäîé Êàðòåäæåíåðà. Ó òàêèõ ìóæ÷èí äèíåèí îòñóòñòâóåò âî âñåõ êëåòêàõ, îáëàäàþùèõ ðåñíè÷êàìè è æãóòèêàìè; ñîîòâåòñòâåííî, ýòè îðãàíåëëû íåïîäâèæíû. Ìóæ÷èíû, ñòðàäàþùèå òàêèì çàáîëåâàíèåì, ñòåðèëüíû (ò.ê. ñïåðìèè íåïîäâèæíû), ïîäâåðæåíû ðåñïèðàòîðíûì èíôåêöèÿì (èç-çà íåïîäâèæíîñòè ðåñíè÷åê äûõàòåëüíûõ ïóòåé), è ó íèõ â 50% ñëó÷àåâ ñåðäöå ðàñïîëàãàåòñÿ ñïðàâà. Íàáîð ìèêðîòðóáî÷åê òèïà «3+2» ñ äèíåèíîâûìè âûñòóïàìè ñîõðàíèëñÿ âî âñåì öàðñòâå ýóêàðèîò, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò îá èñêëþ÷èòåëüíîé ýôôåêòèâíîñòè òàêîé îðãàíèçàöèè äëÿ ïåðåäà÷è ýíåðãèè, îáåñïå÷èâàþùåé äâèæåíèå. Ýíåðãèÿ äëÿ äâèæåíèÿ æãóòèêà èñõîäèò îò êîëüöà ìèòîõîíäðèé, ðàñïîëîæåííûõ â îáëàñòè øåéêè ñïåðìèÿ. 3.1.10.2. Ñòðîåíèå ÿéöåêëåòêè.

çðåëîé

Ìíîãèå ýëåìåíòû, íåîáõîäèìûå äëÿ íà÷àëüíûõ ñòàäèé ðîñòà è ðàçâèòèÿ çàðîäûøà, íàêàïëèâàþòñÿ â ñîçðåâàþùåì ÿéöå â õîäå îîãåíåçà. Åñëè ïðè ñîçðåâàíèè ñïåðìèÿ íàáëþäàåòñÿ ñíèæåíèå îáúåìà

___________________________________________________________________________________

3-23


______________________________________________________________________________

öèòîïëàçìû, òî ñîçðåâàþùååñÿ ÿéöî àêòèâíî óâåëè÷èâàåò îáúåì öèòîïëàçìû. ßéöåêëåòêè ìëåêîïèòàþùèõ ãîðàçäî ìåíüøå ÿéöåêëåòîê äðóãèõ ïîçâîíî÷íûõ (âñïîìíèì, íàïðèìåð, ÿéöî êóðèöû), íî êðóïíåå áîëüøèíñòâà ñîìàòè÷åñêèõ êëåòîê (èõ ðàçìåðû â ñðåäíåì íå ïðåâûøàþò 20 ìêì). Äëÿ ñðàâíåíèÿ ïðèâåäåì ñðåäíèå ðàçìåðû ÿéöåêëåòîê íåêîòîðûõ ìëåêîïèòàþùèõ; ó êðîëèêîâ, îâåö, ñâèíåé, ëîøàäåé 120-140 ìêì; ó ìûøåé, êðûñ è äð. ãðûçóíîâ - 75-85 ìêì; ó êèòà 140 ìêì; ó ñóì÷àòûõ ìëåêîïèòàþùèõ - 140-240 ìêì, ó ïðèìàòîâ - 110-140 ìêì. Ðàçìåðû ÿéöåêëåòîê íå êîððåëèðóþò ñ ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ âíóòðèóòðîáíîãî ðàçâèòèÿ è ñ òåìïàìè ðîñòà çàðîäûøà. Îäíàêî åñòü îñíîâàíèÿ ïîëàãàòü, ÷òî áîëåå êðóïíûå ÿéöåêëåòêè ìëåêîïèòàþùèõ ñîäåðæàò áîëüøå âåùåñòâ, íåîáõîäèìûõ äëÿ ðàííåãî ýìáðèîãåíåçà, è â òîì ÷èñëå áîëüøå ìàêðîìîëåêóë, îáåñïå÷èâàþùèõ ãåíåòè÷åñêóþ ïðîãðàììó äîèìïëàíòàöèîííîãî ðàçâèòèÿ. Òàê íàïðèìåð, ãåíîì çàðîäûøåé ãðûçóíîâ àêòèâèðóåòñÿ íà áîëåå ðàííèõ ñòàäèÿõ ðàçâèòèÿ, ÷åì ó çàðîäûøåé äðóãèõ ìëåêîïèòàþùèõ, èìåþùèõ áîëåå êðóïíûå ðàçìåðû ÿéöåêëåòîê. Öèòîïëàçìà ÿéöà îêðóæåíà ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíîé (îîëåììîé). Âî âðåìÿ îïëîäîòâîðåíèÿ îíà ðåãóëèðóåò ïîñòóïëåíèå â ÿéöî íåêîòîðûõ èîíîâ (ãëàâíûì îáðàçîì Na + ) è ñïîñîáíà ñëèâàòüñÿ ñ ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíîé ñïåðìèÿ. Âîêðóã ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû íàõîäèòñÿ áëåñòÿùàÿ îáîëî÷êà (zona pallucida). Îäíàêî îíà íå ïðèìûêàåò ê ìåìáðàíå íåïîñðåäñòâåííî, à

îòãðàíè÷åíà îò íåå ïåðèâèòåëèíîâûì ïðîñòðàíñòâîì, êîòîðîå çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èâàåòñÿ ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ. Áëåñòÿùàÿ îáîëî÷êà íà÷èíàåò ôîðìèðîâàòüñÿ íà òåõ ñòàäèÿõ îíòîãåíåçà, êîãäà ïðèìîðäèàëüíûå îîöèòû îêðóæàþòñÿ ñïëîøíûì ñëîåì êóáè÷åñêèõ ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê. Îáðàçóåòñÿ êàê êëåòêàìè ãðàíóëåçû, òàê è ñàìèì îîöèòîì. Êàê óæå ãîâîðèëîñü, îòðîñòêè êëåòîê ãðàíóëåçû ïðîõîäÿò ÷åðåç áëåñòÿùóþ îáîëî÷êó è îáðàçóþò ùåëåâûå êîíòàêòû ñ ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíîé îîöèòà. Òîëùèíà áëåñòÿùåé îáîëî÷êè ðàñòåò ïî ìåðå ðîñòà îîöèòà è äîñòèãàåò ìàêñèìóìà ó çðåëûõ, îâóëèðîâàâøèõ ÿéöåêëåòîê. Áëåñòÿùàÿ îáîëî÷êà ÿâëÿåòñÿ ñëîæíûì êîìïëåêñîì âíåêëåòî÷íûõ ãëèêîïðîòåèíîâ. Íàèáîëåå èçó÷åííûì ÿâëÿåòñÿ õèìè÷åñêèé ñîñòàâ áëåñòÿùåé îáîëî÷êè ÿéöåêëåòîê ñâèíåé, ââèäó òîãî, ÷òî âõîäÿùèå â åå ñîñòàâ ãëèêîïðîòåèíû èñïîëüçóþò äëÿ ñîçäàíèÿ ïðîòèâîçà÷àòî÷íûõ âàêöèí. Ó ñâèíåé îïèñàíû ÷åòûðå ðàçëè÷íûõ ãëèêîïðîòåèíà, êîòîðûå îáîçíà÷àþò áóêâàìè ZP (îò àíãë. zona proteins). Ìîëåêóëÿðíûé âåñ ZP1 - 82000, ZP2 61000, ZP3 - 55000 è 2Ð4 - 21000. Ïðåîáëàäàþùèì ÿâëÿåòñÿ ZP3, îí âûäåëåí è èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðîòèâîçà÷àòî÷íûõ âàêöèí. Ó ìûøåé áëåñòÿùàÿ îáîëî÷êà ñîñòîèò èç òðåõ ðàçëè÷íûõ ñóëüôàòèðîâàííûõ ãëèêîïðîòåèíîâ (ZP1, ZP2, ZP3). ZP3 èìååò ìîëåêóëÿðíûé âåñ 83000. Ïðè ïîìîùè ãëèêîïðîòåèíà ZP3 ñïåðìèè ñâÿçûâàþòñÿ ñ áëåñòÿùåé îáîëî÷êîé, à ïîñëå ïðîíèêíîâåíèÿ îäíîãî ñïåðìèÿ â ÿéöåêëåòêó áëåñòÿùàÿ îáîëî÷êà òåðÿåò ýòîò ãëèêîïðîòåèí è ñòàíîâèòñÿ

___________________________________________________________________________________

3-24


______________________________________________________________________________

íåäîñòóïíîé äëÿ äðóãèì ñïåðìèåâ. Áëåñòÿùàÿ îáîëî÷êà ðàñòâîðÿåòñÿ ïðîòåîëèòè÷åñêèìè ôåðìåíòàìè. Åå óñòîé÷èâîñòü ê ýòèì ôåðìåíòàì ñóùåñòâåííî âîçðàñòàåò ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ, ÷òî, âåðîÿòíî, îáóñëîâëåíî äåéñòâèåì ñîäåðæèìîãî êîðòèêàëüíûõ ãðàíóë, ïîïàâøåãî â ïåðèâèòåëèíîâîå ïðîñòðàíñòâî. Ïðåäïîëàãàþò, ÷òî îâîïåðîêñèäàçà êîðòèêàëüíûõ ãðàíóë ìîäèôèöèðóåò ZP3 è, ïîìèìî ýòîãî, ñâÿçûâàÿñü ñ îñòàòêàìè òèðîçèíà, ìîäèôèöèðóåò è ZP2, ÷òî è ïðèâîäèò ê çàòâåðäåâàíèþ áëåñòÿùåé îáîëî÷êè. Áëàãîäàðÿ íàëè÷èþ âèäîñïåöèôè÷åñêèõ ðåöåïòîðîâ, áëåñòÿùàÿ îáîëî÷êà ïðåïÿòñòâóåò ñâÿçûâàíèþ ñ íåé ÷óæåðîäíûõ ñïåðìèåâ. Áëåñòÿùàÿ îáîëî÷êà íå èñ÷åçàåò ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ è ñîõðàíÿåòñÿ âîêðóã çàðîäûøà íà ïðîòÿæåíèè âñåãî äîèìïëàíòàöèîííîãî ïåðèîäà (çàðîäûøè ìûøåé, êðûñ, õîìÿ÷êîâ) èëè â òå÷åíèå çíà÷èòåëüíîé ÷àñòè ýòîãî ïåðèîäà (çàðîäûøè êðîëèêîâ, îâåö, ñâèíåé è äð.). Áëàãîäàðÿ áëåñòÿùåé îáîëî÷êå áëàñòîìåðû äðîáÿùåãîñÿ çàðîäûøà ðàñïîëàãàþòñÿ êîìïàêòíî è óïîðÿäî÷åííî, îðèåíòèðóÿñü â îãðàíè÷åííîì òðåõìåðíîì ïðîñòðàíñòâå, ñóùåñòâóþùåì âíóòðè áëåñòÿùåé îáîëî÷êè. Ýòî èìååò íåìàëîâàæíîå çíà÷åíèå äëÿ âçàèìîäåéñòâèé áëàñòîìåðîâ è îáðàçîâàíèÿ ìåæäó íèìè ìàêñèìàëüíîãî êîëè÷åñòâà êîíòàêòîâ, ÷òî ñïîñîáñòâóåò íîðìàëüíîé êîìïàêòèçàöèè è ïîëÿðèçàöèè áëàñòîìåðîâ. Åñëè óäàëèòü áëåñòÿùóþ îáîëî÷êó, òî äðîáëåíèå áëàñòîìåðîâ áóäåò ïðîäîëæàòüñÿ, îäíàêî âî ìíîãèõ

ñëó÷àÿõ îíè ðàñïîëàãàþòñÿ â âèäå öåïî÷êè, è êîìïàêòèçàöèÿ ïîëíîñòüþ íàðóøàåòñÿ ëèáî ðåçêî çàïàçäûâàåò. Êðîìå òîãî, áëåñòÿùàÿ îáîëî÷êà ìåøàåò ñëó÷àéíîìó ñëèïàíèþ ñîñåäíèõ çàðîäûøåé, òî åñòü ïðåäîòâðàùàåò îáðàçîâàíèå ñïîíòàííûõ àããðåãàöèîííûõ õèìåð, à òàêæå ïðèëèïàíèþ çàðîäûøåé ê êëåòêàì ÿéöåâîäà èëè ìàòêè. Íåîáõîäèìî èìåòü â âèäó, ÷òî íà íà÷àëüíûõ ñòàäèÿõ äðîáëåíèÿ, âïëîòü äî ñòàäèè áëàñòîöèñòû (íàðóæíûé ñëîé êîòîðîé ïðåäñòàâëåí òðîôýêòîäåðìîé), áëàñòîìåðû îáëàäàþò âûñîêîé àäãåçèâíîñòüþ. Åñëè òðàíñïëàíòèðîâàòü çàðîäûø, ëèøåííûé áëåñòÿùåé îáîëî÷êè, â ÿéöåâîä, òî ïðè ýòîì íåìèíóåìî ïðîèñõîäèò àäãåçèÿ áëàñòîìåðîâ ñ ýïèòåëèàëüíûìè êëåòêàìè ñòåíêè ÿéöåâîäà è çàðîäûø ãèáíåò. Ôîëëèêóëÿðíûå êëåòêè, ïðèìûêàþùèå íåïîñðåäñòâåííî ê áëåñòÿùåé îáîëî÷êå, ôîðìèðóþò ëó÷åíîñòíûé âåíåö (corona radiata), ïåðåõîäÿùèé áåç ðåçêîé ãðàíèöû â ÿéöåíîñíûé áóãîðîê (ñumulus oophorus), îí îáðàçîâàí áîëåå äèôôóçíî ðàñïðåäåëåííûìè ôîëëèêóëÿðíûìè êëåòêàìè, êîòîðûå ðàñïîëîæåíû íà áîëüøåì ðàññòîÿíèè îò ÿéöà. Êëåòêè ëó÷èñòîãî âåíöà è ÿéöåíîñíîãî áóãîðêà ïîãðóæåíû â ìàòðèêñ, ñîñòîÿùèé ïðåèìóùåñòâåííî èç ãèàëóðîíîâîé êèñëîòû è ãëèêîïðîòåèíîâ. Ãèàëóðîâàÿ êèñëîòà (íàçûâàåìàÿ òàêæå ãèàëóðîíàòîì èëè ãèàëóðîíàíîì) îòíîñèòñÿ ê ãëþêîçàìèíîãëèêàíàì, êîòîðûå ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé äëèííûå íåðàçâåòâëåííûå ïîëèñàõàðèäíûå

___________________________________________________________________________________

3-25


______________________________________________________________________________

öåïè, ñîñòîÿùèå èç ïîâòîðÿþùèõñÿ äèñàõàðèäíûõ çâåíüåâ. Ýòè öåïè íåäîñòàòî÷íî ãèáêè, ÷òîáû ñêëàäûâàòüñÿ â êîìïàêòíûå ãëîáóëÿðíûå ñòðóêòóðû, è êðîìå òîãî â âûñîêîé ñòåïåíè ãèäðîôèëüíû, ïîýòîìó îíè ñòðåìÿòñÿ ïðèíÿòü êîíôîðìàöèþ î÷åíü ðûõëîãî, íåóïîðÿäî÷åííîãî êëóáêà, êîòîðûé çàíèìàåò îãðîìíûé äëÿ ñâîåé ìàññû îáúåì, è îáðàçóþò ãåëè äàæå â î÷åíü íèçêèõ êîíöåíòðàöèÿì. Áëàãîäàðÿ âûñîêîé ïëîòíîñòè îòðèöàòåëüíûõ çàðÿäîâ, èõ ìîëåêóëû ïðèòÿãèâàþò ìíîæåñòâî òàêèõ îñìîòè÷åñêè àêòèâíûõ èîíîâ, êàê Nà +, ÷òî âåäåò ê âñàñûâàíèþ â ìàòðèêñ áîëüøîãî êîëè÷åñòâà âîäû. Ýòî ñîçäàåò äàâëåíèå íàáóõàíèÿ (òóðãîð), ïîçâîëÿþùåå ìàòðèêñó ïðîòèâîñòîÿòü ñæèìàþùèì ñèëàì, îáåñïå÷èâàÿ òêàíè ìåõàíè÷åñêóþ îïîðó, è, â òî æå âðåìÿ, íå ïðåïÿòñòâóÿ áûñòðîé äèôôóçèè âîäîðàñòâîðèìûõ ìîëåêóë è ìèãðàöèè êëåòîê. Ãèàëóðîíîâàÿ êèñëîòà ñîñòîèò èç ïîâòîðÿþùåéñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòè íåñóëüôàòèðîâàííûõ äèñàõàðèäíûõ åäèíèö è ìîæåò ñîäåðæàòü äî íåñêîëüêèõ òûñÿ÷ ñàõàðíûõ îñòàòêîâ. Îíà âñòðå÷àåòñÿ â ðàçëè÷íûõ êîëè÷åñòâàõ âî âñåõ òêàíÿõ è æèäêîñòÿõ òåëà âçðîñëûõ æèâîòíûõ. Íî îñîáåííî ìíîãî åå ó ðàííèõ çàðîäûøåé. Ãèàëóðîíîâàÿ êèñëîòà âûïîëíÿåò îñîáóþ ôóíêöèþ òàì, ãäå ïðîèñõîäèò ìèãðàöèÿ êëåòîê, íàïðèìåð, â ïðîöåññàõ ýìáðèîíàëüíîãî ðàçâèòèÿ è ïðè çàæèâëåíèè ðàí. Â ïåðèîäû êëåòî÷íîé ìèãðàöèè îíà îáðàçóåòñÿ â áîëüøèõ êîëè÷åñòâàõ, à ïîñëå ïðåêðàùåíèÿ ìèãðàöèè åå èçáûòîê ðàçðóøàåòñÿ ôåðìåíòîì ãèàëóðîíèäàçîé. Ïîëàãàþò,

÷òî ëîêàëüíîå óâåëè÷åíèå ñèíòåçà ãèàëóðîíîâîé êèñëîòû, ïðèòÿãèâàþùåé âîäó è òåì ñàìûì âûçûâàþùåé íàáóõàíèå ìàòðèêñà, îáëåã÷àåò ìèãðàöèþ êëåòîê ïðè ìîðôîãåíåçå è ðåãåíåðàöèè. Áëàãîäàðÿ íàëè÷èþ âîêðóã îâóëèðîâàâøåãî îîöèòà ëó÷åíîñíîãî âåíöà è êóìóëþñà, âîçðàñòàåò îáùàÿ ìàññà êëåòîê, è ýòî, à òàêæå ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ìàòðèêñà, â êîòîðûé ïîãðóæåíû âñå ýòè êëåòêè, ñïîñîáñòâóåò çàõâàòó îâóëèðîâàâøèõ ÿéöåêëåòîê ôèìáðèÿìè ôàëëîïèåâîé òðóáû. Êðîìå òîãî, êóìóëþñ èãðàåò ñóùåñòâåííóþ ðîëü â òðàíñïîðòå ÿéöåêëåòîê ïî àìïóëÿðíîé ÷àñòè ÿéöåâîäà è íóæåí äëÿ òîãî, ÷òîáû ðåñíè÷êè ýïèòåëèàëüíûõ êëåòîê ôàëëîïèåâîé òðóáû ìîãëè ó÷àñòâîâàòü â ïåðåìåùåíèè ÿéöåêëåòîê. Êîãäà ÿéöåêëåòêè äîñòèãàþò ìåñòà îïëîäîòâîðåíèÿ, îíè îáû÷íî òåðÿþò çíà÷èòåëüíóþ ÷àñòü êëåòîê êóìóëþñà, ïðè÷åì ýòî ïðîèñõîäèò ïîä âëèÿíèåì ãèàëóðîíèäàçû ñïåðìèåâ èëè â ðåçóëüòàòå ìåõàíè÷åñêîãî äåéñòâèÿ ðåñíè÷åê ýïèòåëèÿ ôàëëîïèåâîé òðóáû. Ïðîöåññ óòðàòû ÿéöåêëåòêàìè êóìóëþñà íàçûâàåòñÿ äåíóäàöèåé (îò àíãë. denudation - îáíàæåíèå). Ïðîöåññ äåíóäàöèè âèäîñïåöèôè÷åí, ó îäíèõ âèäîâ ìëåêîïèòàþùèõ ïðîèñõîäèò ðàíüøå, ÷åì ó äðóãèõ, è ýòî íå êîððåëèðóåò ñ òåì âðåìåíåì, êîãäà çàðîäûøè ïîïàäàþò â ìàòêó. Êóìóëþñ ìîæåò ñîõðàíÿòüñÿ 10-16 ÷ è ðàñòâîðÿåòñÿ òîëüêî ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ, à ó ÿéöåêëåòîê êðûñ è êðîëèêîâ èñ÷åçàåò ÷åðåç 4-6 ÷ ïîñëå îâóëÿöèè, ïðè÷åì âíå çàâèñèìîñòè îò îïëîäîòâîðåíèÿ. Ó ÿéöåêëåòîê ñîáàê è êîòîâ êóìóëþñ

___________________________________________________________________________________

3-26


______________________________________________________________________________

÷àñòè÷íî äåçèíòåãðèðóåòñÿ ïîñëå ïåíåòðàöèè ñïåðìèÿìè, íî 1-3 ñëîÿ ôîëëèêóëÿðíûõ êëåòîê îñòàþòñÿ ñâÿçàííûìè ñ áëåñòÿùåé îáîëî÷êîé íà ïðîòÿæåíèè ïåðâûõ äåëåíèé äðîáëåíèÿ. Ñëîé öèòîïëàçìû, ðàñïîëàãàþùèéñÿ íåïîñðåäñòâåííî ïîä ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíîé ÿéöà, íàçûâàåòñÿ êîðòèêàëüíûì ñëîåì èëè êîðòåêñîì. Öèòîïëàçìà ýòîãî ñëîÿ èìååò áîëåå óïîðÿäî÷åííîå ñòðîåíèå, ÷åì öèòîïëàçìà áîëåå ãëóáîêèõ ñëîåâ, è â íåé ñîäåðæàòñÿ âûñîêèå êîíöåíòðàöèè ãëîáóëÿðíûõ ìîëåêóë àêòèíà. Ïðè îïëîäîòâîðåíèè ìîëåêóëû àêòèíà ïîëèìåðèçóþòñÿ, îáðàçóÿ äëèííûå òÿæè ìèêðîôèëàìåíòîâ. Ìèêðîôèëàìåíòû íåîáõîäèìû äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ êëåòî÷íîãî äåëåíèÿ; êðîìå òîãî, îíè ó÷àñòâóþò â îáðàçîâàíèè âûðîñòîâ, óâåëè÷èâàþùèõ êëåòî÷íóþ ïîâåðõíîñòü, - ìèêðîâîðñèíîê, êîòîðûå ñïîñîáñòâóþò ïðîíèêíîâåíèþ ñïåðìèÿ â êëåòêó. Êîðòèêàëüíàÿ öèòîïëàçìà ãîðàçäî áîëåå âÿçêàÿ, ÷åì ðàñïîëîæåííàÿ ãëóáæå îñíîâíàÿ ìàññà öèòîïëàçìû, è îíà íå ñìåùàåòñÿ ïðè öåíòðèôóãèðîâàíèè. Â êîðòåêñå çàêëþ÷åíû êîðòèêàëüíûå ãðàíóëû. Ýòè ìåìáðàííûå ñòðóêòóðû ãîìîëîãè÷íû àêðîñîìíîìó ïóçûðüêó ñïåðìèÿ, òàê êàê îíè ñîäåðæàò ïðîòåîëèòè÷åñêèå ôåðìåíòû è ôîðìèðóþòñÿ àïïàðàòîì Ãîëüäæè. Îäíàêî, åñëè êàæäûé ñïåðìèé èìååò îäèí àêðîñîìíûé ïóçûðåê, òî ÿéöî, íàïðèìåð, ó ìîðñêîãî åæà ñîäåðæèò ïðèáëèçèòåëüíî 15 òûñ. êîðòèêàëüíûõ ãðàíóë. Äëÿ îâóëèðîâàâøèõ ÿéöåêëåòîê ìëåêîïèòàþùèõ õàðàêòåðíà ñâîåîáðàçíàÿ îðãàíèçàöèÿ

öèòîñêåëåòà, ÷òî â ñâîþ î÷åðåäü ïðèâîäèò ê ìîçàè÷íîé îðãàíèçàöèè ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû. Ïðèìåðíî îò îäíîé äåñÿòîé äî îäíîé ïÿòîé îáùåé ïîâåðõíîñòè ÿéöåêëåòêè ìûøè ïðåäñòàâëåíî «ëûñûì» ðàéîíîì, â êîòîðîì íåò ìèêðîâîðñèíîê. Â ñóáêîðòèêàëüíîì ðàéîíå ýòîé îáëàñòè ÿéöåêëåòêè ðàñïîëàãàåòñÿ ãóñòàÿ ñåòü ìèêðîôèëàìåíòîâ, à ãëóáæå íàõîäèòñÿ ìåéîòè÷åñêîå âåðåòåíî ìåòàôàçû II. Ó äðóãèõ ìëåêîïèòàþùèõ «ëûñûé» ðàéîí òàêæå ñîîòâåòñòâóåò òîé îáëàñòè öèòîïëàçìû, ãäå ðàñïîëàãàåòñÿ ìåéîòè÷åñêîå âåðåòåíî. Ëèøü ó íåìíîãèõ âèäîâ (ñîáàêè, ëèñèöû) îâóëèðóþò íåçðåëûå ÿéöåêëåòêè âî âðåìÿ ïîçäíåé ïðîôàçû I ìåéîçà, â òàêèõ ÿéöåêëåòêàõ õîðîøî çàìåòíî ÿäðî (çàðîäûøåâûé ïóçûðåê). Ýòè ÿéöåêëåòêè ñîçðåâàþò ïîñëå ïåíåòðàöèè ñïåðìèÿìè, îäíàêî äåêîíäåíñàöèÿ ãîëîâêè ñïåðìèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ëèøü ïîñëå çàâåðøåíèÿ ÿéöåêëåòêîé ïåðâîãî ìåéîòè÷åñêîãî äåëåíèÿ. Ó ïðåîáëàäàþùåãî áîëüøèíñòâà ìëåêîïèòàþùèõ îâóëèðóþò ÿéöåêëåòêè, çàáëîêèðîâàííûå íà ìåòàôàçå âòîðîãî ìåéîòè÷åñêîãî äåëåíèÿ. 3.1.11. Ïðîöåññ îïëîäîòâîðåíèÿ ó ìëåêîïèòàþùèõ. ßéöåêëåòêè ìëåêîïèòàþùèõ îïëîäîòâîðÿþòñÿ â àìïóëÿðíîé ÷àñòè ÿéöåâîäà, êóäà äîõîäèò íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî ñïåðìèåâ, õîòÿ ïðè ýÿêóëÿöèè â ïîëîâîé òðàêò ñàìêè ïîïàäàåò ìíîãèå ìèëëèîíû ñïåðìèåâ. Íàïðèìåð, ó ìûøè èç 50 ìëí. ñïåðìèåâ ýÿêóëÿòà â àìïóëå ÿéöåâîäà

___________________________________________________________________________________

3-27


______________________________________________________________________________

îáíàðóæèâàåòñÿ ìåíüøå 100, à ó ÷åëîâåêà èç 200 ìëí. ñïåðìèåâ àìïóëû ôàëëîïèåâîé òðóáû äîñòèãàåò îêîëî 200. Ïðîäîëæèòåëüíîñòü âðåìåíè, â òå÷åíèå êîòîðîãî îâóëèðîâàâøèå ÿéöåêëåòêè ñïîñîáíû îïëîäîòâîðèòüñÿ, ðàçëè÷íà ó ðàçíûõ âèäîâ ìëåêîïèòàþùèõ, íî îáû÷íî íå ïðåâûøàåò 24 ÷àñ. Ïðèìåðíî çà ýòî æå âðåìÿ ñïåðìèè óòðà÷èâàþò îïëîäîòâîðÿþùóþ ñïîñîáíîñòü, íàõîäÿñü â ïîëîâîì òðàêòå ñàìêè. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî îïëîäîòâîðåíèå ïðîèñõîäèò â íåáîëüøîé ïðîìåæóòîê âðåìåíè, ïîýòîìó ó áîëüøèíñòâà ìëåêîïèòàþùèõ ñïàðèâàíèå (êîèòóñ) ïðîèñõîäèò íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä îâóëÿöèåé. Ó ìëåêîïèòàþùèõ îïëîäîòâîðåíèå âíóòðåííåå, è ïðîöåññ îïëîäîòâîðåíèÿ ïðèñïîñîáëåí ê âíóòðåííåé ñðåäå îðãàíèçìà, ïîýòîìó ïîëîâûå ïóòè ñàìêè ïðèíèìàþò àêòèâíîå ó÷àñòèå â ïðîöåññå îïëîäîòâîðåíèÿ. Ñðàçó ïîñëå ýÿêóëÿöèè ñïåðìèè åùå íå ñïîñîáíû ê îïëîäîòâîðåíèþ, òàê êàê âíà÷àëå îíè äîëæíû ïîäâåðãíóòüñÿ ïðîöåññó, êîòîðûé ïðèñóù òîëüêî ìëåêîïèòàþùèì. Ïðèîáðåòåíèå ñïåðìèÿìè ìëåêîïèòàþùèõ îïëîäîòâîðÿþùåé ñïîñîáíîñòè ïðè èõ êîíòàêòå ñ êëåòêàìè è æèäêèì ñîäåðæèìûì ÿéöåâîäîâ è ìàòêè íàçûâàåòñÿ êàïàöèòàöèåé. Ïðè êàïàöèòàöèè ïðîèñõîäÿò èçìåíåíèÿ ñòðóêòóðû ëèïèäîâ êëåòî÷íîé ìåìáðàíû ñïåðìèÿ. Ýòî âûðàæàåòñÿ â èçìåíåíèè ñîîòíîøåíèÿ õîëåñòåðèíà è ôîñôîëèïèäîâ ìåìáðàíû. Ïîëàãàþò, ÷òî ìîëåêóëû àëüáóìèíà, èìåþùèåñÿ â ïîëîâûõ ïóòÿõ ñàìêè, ñïîñîáíû îòíèìàòü õîëåñòåðèí ó ñïåðìèÿ.

Ñíèæåíèå ñîäåðæàíèÿ õîëåñòåðèíà äåñòàáèëèçèðóåò ìåìáðàíó àêðîñîìíîãî ïóçûðüêà, è ýòî ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìûì óñëîâèåì ñëèÿíèÿ ìåìáðàí ïðè àêðîñîìíîé ðåàêöèè. Èçâåñòíî, ÷òî âàæíåéøåå ïðîÿâëåíèå êàïàöèòàöèè ïðèîáðåòåíèå ñïåðìèåì ñïîñîáíîñòè óçíàâàòü ïðîçðà÷íóþ îáîëî÷êó ÿéöà. Íà ïîâåðõíîñòè ñïåðìèÿ, íå ïðîøåäøåãî êàïàöèòàöèþ, íàõîäÿòñÿ óãëåâîäû («coating factors»), êîòîðûå ïðåïÿòñòâóþò åãî ïðèêðåïëåíèþ ê ÿéöó. Ýòè óãëåâîäû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé, ïî-âèäèìîìó, ïîëèìåð èç ïîâòîðÿþùèõñÿ îñòàòêîâ ãàëàêòîçû è N-àöåòèëãëþêîçàìèíà. Îíè áëîêèðóþò ðåöåïòîðû ñïåðìèÿ, óçíàþùèå ïðîçðà÷íóþ îáîëî÷êó ÿéöà. Ðåöåïòîðàìè ñïåðìèÿ ÿâëÿþòñÿ ìîëåêóëû ôåðìåíòà Nà ö å ò è ë ã ë þ ê î ç à ì è í ãàëàêòîçèëòðàíñôåðàçû (èëè êðàòêî - ãëèêîçèëòðàíñôåðàçû). Ìîëåêóëû ãëèêîçèëòðàíñôåðàçû âñòðîåíû â ïëàçìàòè÷åñêóþ ìåìáðàíó ñïåðìèÿ íåïîñðåäñòâåííî íàä àêðîñîìîé, ïðè÷åì èõ àêòèâíûå öåíòðû îáðàùåíû íàðóæó. Ãëèêîçèëòðàíñôåðàçà óçíàåò N-àöåòèëãëþêîçàìèíîâûå îñòàòêè áåëêîâ ïðîçðà÷íîé îáîëî÷êè (âîçìîæíî, ãëèêîïðîòåèíà ZP3). Ïðè êàïàöèòàöèè áëîêèðîâàâøèå åå óãëåâîäû óáèðàþòñÿ, è ãëèêîçèëòðàíñôåðàçà íà ïîâåðõíîñòè ñïåðìèÿ îáíàæàåòñÿ. Â íîðìå ýòîò ôåðìåíò êàòàëèçèðóåò ïðèñîåäèíåíèå àêòèâèðîâàííûõ îñòàòêîâ ãàëàêòîçû ê óãëåâîäíîé öåïè, îêàí÷èâàþùåéñÿ Nàöåòèëãëþêîçàìèíîì. Îäíàêî â ïîëîâûõ ïóòÿõ ñàìêè àêòèâèðîâàííûå îñòàòêè ãàëàêòîçû îòñóòñòâóþò. Ïîýòîìó ãëèêîçèëòðàíñôåðàçà ñïåðìèÿ

___________________________________________________________________________________

3-28


______________________________________________________________________________

ïðîñòî ïðèñîåäèíÿåòñÿ ê Nàöåòèëãëþêîçàìèíîâûì îñòàòêàì ïðîçðà÷íîé îáîëî÷êè ÿéöà è òàêèì îáðàçîì, ïî òèïó êëþ÷-çàìîê ïðèêðåïëÿåò ñïåðìèè ê ÿéöó. Ãëèêîçèëòðàíñôåðàçà îáíàðóæåíà â ñïåðìèÿõ ìûøè, ìîðñêîé ñâèíêè è ÷åëîâåêà. Ó õîðîøî èçó÷åííûõ ìëåêîïèòàþùèõ - ìûøè è õîìÿ÷êà àêðîñîìíàÿ ðåàêöèÿ ïðîèñõîäèò ïîñëå ïðèêðåïëåíèÿ ñïåðìèÿ ê ïðîçðà÷íîé îáîëî÷êå. Ó íåêîòîðûõ âèäîâ àêðîñîìíàÿ ðåàêöèÿ ïðîèñõîäèò, êîãäà ñïåðìèé íàõîäèòñÿ íà íåêîòîðîì ðàññòîÿíèè îò ÿéöà. Â ýòèõ ñëó÷àÿõ àêðîñîìíàÿ ðåàêöèÿ ïðèâîäèò ê âûäåëåíèþ ôåðìåíòîâ, ëèçèðóþùèõ ñâÿçè ìåæäó ôîëëèêóëÿðíûìè êëåòêàìè, îêðóæàþùèìè ÿéöî. Ôåðìåíòû, âûäåëåííûå èç àêðîñîìíîãî ïóçûðüêà, íàçûâàþò ëèçèíàìè. Îíè âêëþ÷àþò ãèàëóðîíèäàçó, ðàñùåïëÿþùóþ ãèàëóðîíîâóþ êèñëîòó ìàòðèêñà, è ôåðìåíò, ðàññåèâàþùèé êëåòêè ëó÷èñòîãî âåíöà. Êðîìå òîãî, ñïåðìèè âñåõ ìëåêîïèòàþùèõ ñîäåðæàò ëèçèí, ðàçðóøàþùèé ïðîçðà÷íóþ îáîëî÷êó â ìåñòå ïðèêðåïëåíèÿ. Ýòîò ëèçèí, íàçûâàåìûé àêðîçèíîì, ïî àìèíîêèñëîòíîìó ñîñòàâó íàïîìèíàåò ïðîòåîëèòè÷åñêèé ôåðìåíò òðèïñèí. Ïîëàãàþò, ÷òî â ñïåðìèÿõ íàõîäèòñÿ ïðîàêðîçèí, êîòîðûé àêòèâèðóåòñÿ ïîä âîçäåéñòâèåì ãëèêîïðîòåèíà èç ïîëîâûõ ïóòåé ñàìêè. Òàêèì îáðàçîì, êàê è â ïðîöåññå êàïàöèòàöèè, â èíèöèàöèè àêðîñîìíîé ðåàêöèè ïîëîâûå ïóòè ñàìêè èãðàþò àêòèâíóþ ðîëü. Ìîðôîëîãè÷åñêèì âûðàæåíèåì àêðîñîìíîé ðåàêöèè ÿâëÿåòñÿ ðàçðûâ

àêðîñîìíîãî ïóçûðüêà, êîòîðûé ïðîèñõîäèò â ðåçóëüòàòå êàëüöèéçàâèñèìîãî ñëèÿíèÿ íàðóæíîé àêðîñîìíîé ìåìáðàíû è ïðèëåæàùåé ê íåé ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû ñïåðìèÿ â ôðîíòàëüíîé ïîëîâèíå ãîëîâêè. Ýòî ïî ñóòè äåëà ðåàêöèÿ ýêçîöèòîçà, çàêëþ÷àþùàÿñÿ â òîì, ÷òî ïóçûðåê ïðèáëèæàåòñÿ ê êëåòî÷íîé ïîâåðõíîñòè è, ñëèâàÿñü ñ ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíîé, âûäåëÿåò ñâîå ñîäåðæèìîå íàðóæó. Òàêèå ðåàêöèè çêçîöèòîçà íàáëþäàþòñÿ ïðè âûäåëåíèè èíñóëèíà êëåòêàìè ïîäæåëóäî÷íîé æåëåçû è ïðè âûäåëåíèè íåéðîìåäèàòîðîâ èç ñèíàïòè÷åñêèõ îêîí÷àíèé. Âî âðåìÿ àêðîñîìíîé ðåàêöèè ïëàçìàòè÷åñêàÿ ìåìáðàíà, ïîêðûâàþùàÿ ïîñòàêðîñîìàëüíóþ îáëàñòü ãîëîâêè (åå ýêâàòîðèàëüíûé ñåãìåíò), ïðèîáðåòàåò ñâîéñòâà, äåëàþùèå âîçìîæíûì ñëèÿíèå ýòîé ÷àñòè ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû ñïåðìèÿ ñ ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíîé ÿéöåêëåòêè. Âîçìîæíî, ÷òî íà äåñòàáèëèçàöèþ ìåìáðàíû ñïåðìèÿ âëèÿåò èçìåíåíèå åå ëèïèäíîãî ñîñòàâà â ïðîöåññå êàïàöèòàöèè. Ñïåðìèè áûñòðî ïðîõîäÿò ÷åðåç áëåñòÿùóþ îáîëî÷êó, è, íàïðèìåð, ó õîìÿ÷êîâ ýòî çàíèìàåò ëèøü 5-10 ìèí (ðèñ.3.1 è 3.2). Ýòî ïðîõîæäåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ áëàãîäàðÿ ñîâìåñòíûì äåéñòâèÿì ôåðìåíòîâ (âåðîÿòíî àêðîçèíà), ñâÿçàííûõ ñ âíóòðåííåé àêðîñîìíîé ìåìáðàíîé, è àêòèâíûõ äâèæåíèé õâîñòà ñïåðìèÿ. Ïðîéäÿ ÷åðåç áëåñòÿùóþ îáîëî÷êó ñïåðìèé ïîïàäàåò â ïåðèâèòåëëèíîâîå ïðîñòðàíñòâî. Åñëè áëîê ïîëèñïåðìèè ôóíêöèîíèðóåò íà óðîâíå áëåñòÿùåé îáîëî÷êè, òî â

___________________________________________________________________________________

3-29


______________________________________________________________________________

ïåðèâèòåëëèíîâîå ïðîñòðàíñòâî ïîïàäàåò îäèí ñïåðìèé. Åñëè ïîëèñïåðìèÿ áëîêèðóåòñÿ íà óðîâíå ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû ÿéöåêëåòêè, òî â ïåðèâèòåëëèíîâîì ïðîñòðàíñòâå ìîæíî íàéòè ìíîãî ñïåðìèåâ (íàïðèìåð, ïðè îïëîäîòâîðåíèè ÿéöåêëåòîê êðîëèêà), õîòÿ òîëüêî îäèí èç íèõ ñîëüåòñÿ ñ ÿéöåêëåòêîé. Óäàëåíèå áëåñòÿùåé îáîëî÷êè ïðèâîäèò ê èñ÷åçíîâåíèþ ìåæâèäîâûõ áàðüåðîâ ïðè îïëîäîòâîðåíèè, õîòÿ ïðèêðåïëåíèå ñïåðìèÿ ê ïðîçðà÷íîé îáîëî÷êå ëèøü îòíîñèòåëüíî, à íå àáñîëþòíî âèäîñïåöèôè÷íî (ïðè âíóòðåííåì îïëîäîòâîðåíèè âèäîâàÿ ñïåöèôè÷íîñòü íå ÿâëÿåòñÿ íàñòîëüêî âàæíîé ïðîáëåìîé, êàê ïðè íàðóæíîì îïëîäîòâîðåíèè). Ó ìëåêîïèòàþùèõ â îòëè÷èå îò äðóãèõ æèâîòíûõ ñïåðìèé ñëèâàåòñÿ ñ ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíîé ÿéöåêëåòêè ýêâàòîðèàëüíûì ïîñòàêðîñîìàëüíûì ðàéîíîì ãîëîâêè. Ïðîöåññ ñëèÿíèÿ ïðîèñõîäèò ïðè âçàèìîäåéñòâèè ýòîãî ñïåöèàëèçèðîâàííîãî ðàéîíà ìåìáðàíû ñïåðìèÿ è ìèêðîâîðñèíîê ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû ÿéöà è çàíèìàåò íåñêîëüêî ìèíóò. Ó ìëåêîïèòàþùèõ âíóòðåííÿÿ àêðîñîìíàÿ ìåìáðàíà, ïîêðûâàþùàÿ ïîñëå àêðîñîìíîé ðåàêöèè ïåðåäíþþ ÷àñòü ãîëîâêè ñïåðìèÿ, ïî-âèäèìîìó, îáëàäàåò ïîíèæåííîé òåêó÷åñòüþ, ïîýòîìó îíà íå ñëèâàåòñÿ ñ îîëåììîé, à êàê áû ôàãîöèòèðóåòñÿ ÿéöåêëåòêîé. Ó áîëüøèíñòâà ìëåêîïèòàþùèõ ïëàçìàòè÷åñêàÿ ìåìáðàíà õâîñòà ñëèâàåòñÿ ñ îîëåììîé. È õîòÿ àêñèàëüíûå ôèëàìåíòû è âíîñèìàÿ ñïåðìèåì öåíòðèîëü äåçèíòåãðèðóþòñÿ, íàëè÷èå õâîñòà

ñïåðìèÿ â öèòîïëàçìå ÿéöà âëèÿåò íà äàëüíåéøóþ ñóäüáó ýòîãî ðàéîíà. Ïîëàãàþò, ÷òî áëàñòîìåð, êîòîðûé ïîëó÷àåò ýòîò ó÷àñòîê öèòîïëàçìû ÿéöà, áûñòðåå âñòóïàåò âî âòîðîå äåëåíèå äðîáëåíèÿ, ÷åì ñåñòðèíñêèé áëàñòîìåð (ðèñ.3.1). Ïîñëå ïðîíèêíîâåíèÿ â ÿéöåêëåòêó ãîëîâêà ñïåðìèÿ áûñòðî òåðÿåò îáîëî÷êè è õðîìàòèí íà÷èíàåò äåêîíäåíñèðîâàòüñÿ. Âîçìîæíî âñëåäñòâèå êîíòàêòà äåêîíäåíñèðóþùåãîñÿ õðîìàòèíà ñïåðìèÿ ñ öèòîïëàçìîé ÿéöà ïðîèñõîäÿò ëîêàëüíûå èçìåíåíèÿ ñóáêîðòèêàëüíîãî ñëîÿ, â êîòîðûé ïîïàäàåò ñïåðìèé. Ìîëåêóëû ãëîáóëÿðíîãî àêòèíà ïîëèìåðèçóþòñÿ, îáðàçóÿ ñêîïëåíèå ìèêðîôèëàìåíòîâ. Ïëàçìàòè÷åñêàÿ ìåìáðàíà ÿéöåêëåòêè âûïÿ÷èâàåòñÿ, îáðàçóÿ «áóãîðîê» è òåðÿÿ ìèêðîâîðñèíêè, ïîÿâëÿåòñÿ òàê íàçûâàåìûé êîíóñ îïëîäîòâîðåíèÿ. Ýòîò ó÷àñòîê î÷åíü íàïîìèíàåò «ëûñûé» ðàéîí îîëåììû, ïîêðûâàþùèé ñóáêîðòèêàëüíûé ñëîé ÿéöà, â êîòîðîì ðàñïîëàãàåòñÿ ìåéîòè÷åñêîå âåðåòåíî ìåòàôàçû II. Ïîä÷åðêíåì, ÷òî ñïåðìèé ïåíåòðèðóåò ÿéöåêëåòêó â ëþáîì ðàéîíå, êðîìå «ëûñîãî», òî åñòü ñïåðìèé íå ïîïàäàåò â îáëàñòü ÿéöà, ãäå íàõîäèòñÿ ìåéîòè÷åñêîå âåðåòåíî. Òàêèì îáðàçîì, è õðîìàòèí ãîëîâêè ñïåðìèÿ, è êîíäåíñèðîâàííûå ìåéîòè÷åñêèå õðîìîñîìû ÿéöà èíäóöèðóþò ôîðìèðîâàíèå â ÿéöåêëåòêå ðàéîíîâ öèòîïëàçìû, áîãàòûõ ìèêðîôèëàìåíòàìè, è ó÷àñòêîâ ìåìáðàíû, ëèøåííûõ ìèêðîâîðñèíîê. Â íîðìå òîëüêî îäèí ñïåðìèé ñëèâàåòñÿ ñ ÿéöåêëåòêîé è ó÷àñòâóåò â ýìáðèîíàëüíîì ðàçâèòèè (ðèñ.3.1 è

___________________________________________________________________________________

3-30


______________________________________________________________________________

Ðèñ.3.1. Ñõåìà îïëîäîòâîðåíèÿ ÿéöåêëåòêè êðûñû. Õðîìîñîìíûå íàáîðû ñòàíîâÿòñÿ ïîñòåïåííî âèäèìûìè â ðàéîíå ïðîíóêëåóñîâ. Õðîìîñîìû âèäíû êàê äâå ãðóïïû è íàõîäÿòñÿ íà ñòàäèè ïðîôàçû ïåðâîãî ìèòîçà, ÷òî îçíà÷àåò îêîí÷àíèå îïëîäîòâîðåíèÿ. Pb.1 - ïåðâîå ïîëÿðíîå òåëüöå; 2ndM. - ìåòàôàçà 2-îãî ìåéîòè÷åñêîãî äåëåíèÿ. Vit - âèòåëëèíîâàÿ îáîëî÷êà; Z.p. - zona pellucida; Pb.2 - âòîðîå ïîëÿðíîå òåëüöå.

3.2). Ïîëèñïåðìíûå çàðîäûøè ïîãèáàþò. Â ïðîöåññå ýâîëþöèè æèâîòíûå âûðàáîòàëè ðàçíûå ñïîñîáû çàùèòû îò ïîëèñïåðìèè. Ó òàêèõ æèâîòíûõ, êàê ìîðñêèå åæè è àìôèáèè, èìååòñÿ äâà ìåõàíèçìà: áûñòðûé áëîê, êîòîðûé îñóùåñòâëÿåòñÿ ïóòåì äåïîëÿðèçàöèè

ìåìáðàíû ÿéöà â òå÷åíèè äåñÿòîé äîëè ñåêóíäû ïîñëå ïðèêðåïëåíèÿ ê íåé ïåðâîãî ñïåðìèÿ, è ìåäëåííûé áëîê ïîëèñïåðìèè, âûçûâàåìûé ýêçîöèòîçîì êîðòèêàëüíûõ ãðàíóë. Ó ìëåêîïèòàþùèõ ëèøü íåáîëüøîå ÷èñëî ñïåðìèåâ îêàçûâàåòñÿ â ñîñòîÿíèè äîñòèãíóòü äî

___________________________________________________________________________________

3-31


______________________________________________________________________________

ïðåòåðïåâøåé îâóëÿöèþ ÿéöåêëåòêè, ïîýòîìó íåîáõîäèìîñòü â áûñòðîé áëîêàäå ïîëèñïåðìèè íåñóùåñòâåííà: ó ìëåêîïèòàþùèõ íå ïðîèñõîäèò áûñòðîé äåïîëÿðèçàöèè ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ôåðìåíòû, âûñâîáîæäàþùèåñÿ ïðè êîðòèêàëüíîé ðåàêöèè ìëåêîïèòàþùèõ, èçìåíÿþò ñòðóêòóðó ïðîçðà÷íîé îáîëî÷êè, îáåñïå÷èâàÿ ìåäëåííóþ áëîêàäó ïîëèñïåðìèè. Ýòîò ïðîöåññ ñîïðîâîæäàåòñÿ èçìåíåíèåì ñâîéñòâ ðåöåïòîðîâ ïðîçðà÷íîé îáîëî÷êè, ñ êîòîðûìè ñâÿçûâàþòñÿ ñïåðìèè, è òàê è íàçûâàåòñÿ - ðåàêöèÿ ïðîçðà÷íîé îáîëî÷êè. Ïîëàãàþò, ÷òî êîðòèêàëüíûå ãðàíóëû â ÿéöàõ ìûøè ñîäåðæàò ôåðìåíò, êîòîðûé îòùåïëÿåò êîíöåâûå îñòàòêè ñàõàðà íà ZÐÇ, òåì ñàìûì îòäåëÿÿ ïðèêðåïèâøèåñÿ ê ïðîçðà÷íîé îáîëî÷êå ñïåðìèé è ïðåäîòâðàùàÿ ïðèêðåïëåíèå ê íåé íîâûõ ñïåðìèåâ. Çðåëàÿ ÿéöåêëåòêà ÿâëÿåòñÿ ìåòàáîëè÷åñêè èíåðòíîé. Ñïåðìèé çàïóñêàåò ïðîãðàììó ðàçâèòèÿ, çàëîæåííóþ â ÿéöå. Ñâÿçûâàíèå ñïåðìèÿ ñ ïîâåðõíîñòüþ ÿéöåêëåòêè èíäóöèðóåò ïîâûøåíèå åå ìåòàáîëè÷åñêîé àêòèâíîñòè, ñèíòåç ÄÍÊ è ïîñëåäóþùåå äðîáëåíèå. Îäíàêî ñàì ñïåðìèé ñëóæèò ëèøü óñòðîéñòâîì äëÿ çàïóñêà óæå çàëîæåííîé â ÿéöåêëåòêå ïðîãðàììû. ßéöåêëåòêó ìîæíî àêòèâèðîâàòü è èñêóññòâåííî, ñ ïîìîùüþ ìíîæåñòâà íåñïåöèôè÷åñêèõ ôèçè÷åñêèõ è õèìè÷åñêèõ âîçäåéñòâèé. Íàïðèìåð, äëÿ ÿéöà ëÿãóøêè ýôôåêòèâíûì ñòèìóëîì ìîæåò áûòü óêîë èãëîé, äëÿ ÿéöà ìûøè ïðèñóòñòâèå â ñðåäå 7% ýòàíîëà. Ó ìëåêîïèòàþùèõ ïðèíÿòî

ðàçëè÷àòü ïåðâè÷íûå, âòîðè÷íûå è òðåòè÷íûå ýôôåêòû àêòèâàöèè. Ïåðâè÷íûé ýôôåêò: âûòåñíåíèå 2+ Ñà èç ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû ÿéöåêëåòêè. Âòîðè÷íûé ýôôåêò: ðåçêîå è êðàòêîâðåìåííîå ïîâûøåíèå 2+ êîíöåíòðàöèè Ñà â öèòîçîëå, êîòîðîå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ îò ìåñòà âíåäðåíèÿ ñïåðìèÿ ïî âñåé ÿéöåêëåòêå â âèäå êîëüöåâîé âîëíû. Îäíîâðåìåííî ïðîèñõîäèò ýêçîöèòîç âñå íîâûõ êîðòèêàëüíûõ ãðàíóë. Âñëåä çà ïèêîì êîíöåíòðàöèè èîíîâ êàëüöèÿ áîëåå ìåäëåííî, íî íåóêëîííî ïîâûøàåòñÿ ðÍ. Òðåòè÷íûé ýôôåêò: èíàêòèâàöèÿ áåëêà CSF (öèòîñòàòè÷åñêîãî ôàêòîðà), êîòîðûé, êàê ïîëàãàþò, îòâåòñòâåííåí çà çàäåðæêó îîöèòîâ íà ñòàäèè ìåòàôàçà II ìåéîçà è ïîääåðæèâàåò òàêîå ñîñòîÿíèå îîöèòîâ äî àêòèâàöèè. 3.1.12.Ìîëåêóëÿðíûå ìåõàíèçìû àêòèâàöèè ÿéöåêëåòêè.

Ñïåðìèé èãðàåò ðîëü ñèãíàëüíîãî ëèãàíäà, êîòîðûé ñâÿçûâàåòñÿ ñ áåëêîâûì ðåöåïòîðîì ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû, çàïóñêàÿ ñëåäóþùóþ öåïü ñîáûòèé. Àêòèâèðîâàííûé ðåöåïòîð àêòèâèðóåò G-áåëîê (GÒÐñâÿçûâàþùèé ìåìáðàííûé áåëîê, êîòîðûé îïîñðåäóåò ïåðåäà÷ó â êëåòêó âíåêëåòî÷íîãî ñèãíàëà). G-áåëîê àêòèâèðóåò ôåðìåíò ôîñôîèíîçèòèäñïåöèôè÷åñêóþ ôîñôîëèïàçó Ñ. Â ìåìáðàíå êëåòêè ñîäåðæàòñÿ èíîçèòîëôîñôîëèïèäû, îíè ÿâëÿþòñÿ ñóáñòðàòàìè ôîñôîëèïàçû Ñ. Èíîçèòîëôîñôîëèïèäû ñîñòîÿò èç ñàõàðîôîñôàòíîãî îñòàòêà, êîòîðûé

___________________________________________________________________________________

3-32


______________________________________________________________________________

à

á Ðèñ.3.2. Ðåçóëüòàò îïëîäîòâîðåíèÿ in vitro ÿéöåêëåòêè êèòàéñêîãî õîìÿ÷êà. À ãðóïïà èç 12-è ÿéöåêëåòîê èíêóáèðóåòñÿ â êàïëå ñðåäû, â êîòîðóþ äîáàâëåíû ñïåðìàòîçîèäû èç ýïèäèäèìóñà. 11 ÿéöåêëåòîê íàõîäÿòñÿ íà ðàçíûõ ñòàäèÿõ îïëîäîòâîðåíèÿ. Ðÿäîì ñ íèìè íàõîäÿòñÿ õâîñòû ñïåðìàòîçîèäîâ, âñå 11 ÿèö èìåþò äâà ïðîíóêëåóñà è äâà ïîëÿðíûõ òåëüöà. Á ãðóïïà ÿèö ÷åðåç 24 ÷àñà ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ in vivo. 11 èç 17-è ÿèö áûëè îïëîäîòâîðåíû è ïðåòåðïåëè îäíî äåëåíèå äðîáëåíèÿ. Âèäíû ÿäðà â êàæäîì áëàñòîìåðå. Îäíî ÿéöî ôðàãìåíòèðîâàíî.

íàõîäèòñÿ íà âíóòðåííåé ñòîðîíå ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû è äâóõ öåïåé æèðíûõ êèñëîò, ïðîíèçûâàþùèõ ëèïèäíûé ìîíîñëîé ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû. Ïîêàçàíî, ÷òî ãèäðîëèç èíîçèòîëôîñôîëèïèäîâ ó÷àñòâóåò â ïåðåäà÷å ñèãíàëà áîëåå ÷åì îò 25 ðàçëè÷íûõ ðåöåïòîðîâ êëåòî÷íîé ïîâåðõíîñòè. Àêòèâèðîâàííàÿ ôîñôîëèïàçà Ñ ìåíåå, ÷åì çà ñåêóíäó ã è ä ð î ë è ç ó å ò ôî ñ ôàòèäèëèíîçèòîëáèñ ôî ñ ôàò

(êîðîòêî PIP2) íà äèàöèëãëèöåðîë è èíîçèòîëòðèñôîñôàò (êîðîòêî Ins P3). Ins P3 (ñàõàðîôîñôàòíûé îñòàòîê) èíèöèèðóåò âûñâîáîæäåíèå Ñà 2+ èç âíóòðèêëåòî÷íûõ õðàíèëèù â öíòîçîëü; äèàöèëãëèöåðîë (îñòàòîê æèðíûõ êèñëîò) àêòèâèðóåò ïðîòåèíêèíàçó Ñ. Êîíöåíòðàöèÿ ñâîáîäíûõ èîíîâ êàëüöèÿ â öèòîçîëè êëåòîê î÷åíü íèçêà (ïîðÿäêà 10 -7 Ì), òîãäà êàê êîíöåíòðàöèÿ èõ âî âíåêëåòî÷íîé æèäêîñòè (áîëåå 10-3 Ì). Èîíû êàëüöèÿ õðàíÿòñÿ â ñïåöèàëüíûõ Ñàçàïàñàþùèõ îðãàíåëëàõ â àññîöèàöèè ñ Ñà 2+ -ñâÿçûâàþùèì áåëêîì êàëüñåêâåñòðèíîì (åãî åìêîñòü îêîëî 50 èîíîâ Ñà2+ íà ìîëåêóëó). 1nç P3 ñâÿçûâàåòñÿ ñ ðåöåïòîðîì íà öèòîïëàçìàòè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè Ñàçàïàñàþùåé îðãàíåëëû, ÷òî îòêðûâàåò êàëüöèåâûå êàíàëû â åå ìåìáðàíå. Äèôôóçèÿ Ins P3 ïðèâîäèò ê ðàñïðîñòðàíåíèþ âûõîäà êàëüöèÿ ïî âñåìó êîðòèêàëüíîìó ñëîþ ÿéöà. Âûõîä êàëüöèÿ ïðèâîäèò ê ýêçîöèòîçó êîðòèêàëüíûõ ãðàíóë, ÷òî îáåñïå÷èâàåò áëîê ïîëèñïåðìèè. Äðóãèì êàëüöèé-çàâèñèìûì ýôôåêòîì ÿâëÿåòñÿ àêòèâàöèÿ HAÄ+-êèíàçû, ÷òî ïðèâîäèò ê ñòèìóëÿöèè áèîñèíòåçà ëèïèäîâ. Â êîíå÷íîì èòîãå ñîçäàþòñÿ íîâûå êîìïîíåíòû ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû, íåîáõîäèìûå â ïðîöåññå äðîáëåíèÿ. Ïîñêîëüêó êîíöåíòðàöèÿ èîíîâ 2+ Ñà â öèòîçîëè ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ ïîâûøàåòñÿ ëèøü íåíàäîëãî (ïðèìåðíî íà 1 ìèí.), ÿñíî, ÷òî ýòî íå ìîæåò íåïîñðåäñòâåííî ïðèâîäèòü ê ñîáûòèÿì, ïðîèñõîäÿùèì íà áîëåå ïîçäíèõ ñòàäèÿõ àêòèâàöèè ÿéöåêëåòêè. Íà ïîçäíèõ ñòàäèÿõ

___________________________________________________________________________________

3-33


______________________________________________________________________________

àêòèâàöèè âàæíóþ ðîëü èãðàåò ïðîòåèíêèíàçà Ñ, êîòîðàÿ àêòèâèðóåòñÿ äèàöèëãëèöåðîëîì. Ïðîòåèíêèíàçà Ñ àêòèâèðóåò (ïðåèìóùåñòâåííî ïîñðåäñòâîì ôîñôîðèëèðîâàíèÿ) Nà +-Í + èîíîîáìåííèê ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû ÿéöåêëåòêè (ìåìáðàííûé òðàíñïîðòíûé áåëîê, îòêà÷èâàþùèé èîíû Í+ èç êëåòêè). Îòòîê ïðîòîíîâ ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî âåëè÷èíà ðÍ âíóòðè êëåòêè âîçðàñòàåò è ïðè äàëüíåéøåì ðàçâèòèè çèãîòû ïîääåðæèâàåòñÿ íà ýòîì óðîâíå. Ïîâûøåíèå óðîâíÿ ðÍ â ÿéöåêëåòêå ïðèâîäèò ê óñèëåíèþ áåëêîâîãî ñèíòåçà è ñèíòåçà ÄÍÊ. Ñèíòåç áåëêîâ óñèëèâàåòñÿ â ðåçóëüòàòå, ïî ìåíüøåé ìåðå, äâóõ íåçàâèñèìûõ èçìåíåíèé: 1) ðàíåå çàïàñåííûå â ÿéöå ìîëåêóëû ìÐÍÊ ñòàíîâÿòñÿ äîñòóïíûìè äëÿ ñèíòåçà áåëêîâ; 2) ïðîèñõîäèò àêòèâàöèÿ ðèáîñîì, ÷òî ïîçâîëÿåò èì áûñòðåå òðàíñëèðîâàòü ìÐÍÊ.

ðàñïîëàãàåòñÿ â òàíãåíöèàëüíîì ïîëîæåíèè íåäàëåêî îò êðàåâîé çîíû ÿéöåêëåòêè. Ïîñëå àêòèâàöèè, êîãäà ìåéîç âîçîáíîâëÿåòñÿ è ìåòàôàçà ïåðåõîäèò â àíàôàçó (ò.å. íà÷èíàåòñÿ ðàñõîæäåíèå õðîìàòèä è èõ äâèæåíèå ê ïîëþñàì) íà÷èíàåò ôîðìèðîâàòüñÿ êîíòðàêòèëüíîå êîëüöî. Åãî ôîðìèðîâàíèå ïðîèñõîäèò â òîì ìåñòå, ãäå íàõîäèòñÿ ìåéîòè÷åñêàÿ ïëàñòèíêà. Äëÿ îáðàçîâàíèÿ áîðîçäû äåëåíèÿ îêàçûâàåòñÿ äîñòóïíîé ëèøü íåáîëüøàÿ îáëàñòü ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû. Â ðåçóëüòàòå ïðîèñõîäèò àñèììåòðè÷íàÿ öèòîòîìèÿ, òî åñòü îòäåëÿåòñÿ âòîðîå ïîëÿðíîå òåëüöå, â ñîñòàâ êîòîðîãî ïîïàäàåò îêîëî 1% öèòîïëàçìû ÿéöà (ðèñ.3.1). Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì ïðîèñõîäèò è âûäåëåíèå ïåðâîãî ïîëÿðíîãî òåëüöà. Âûäåëåíèå âòîðîãî ïîëÿðíîãî òåëüöà çàâåðøàåò âòîðîå ìåéîòè÷åñêîå äåëåíèå.

3.1.12.1. Çàâåðøåíèå ìåéîçà. Ðàñõîæäåíèå õðîìîñîì èç ìåòàôàçû II ÿâëÿåòñÿ àâòîìàòè÷åñêèì ïðîöåññîì è îñóùåñòâëÿåòñÿ âíå çàâèñèìîñòè îò ïðèñóòñòâèÿ ãåíåòè÷åñêè èíåðòíîãî õðîìàòèíà ñïåðìèÿ (ðèñ.3.1). Íîðìàëüíîå ðàñõîæäåíèå õðîìîñîì îîöèòà ïðîèñõîäèò è ïðè èñêóññòâåííîé àêòèâàöèè ÿéöåêëåòêè ê ïàðòåíîãåíåòè÷åñêîìó ðàçâèòèþ, Ìåéîòè÷åñêîå âåðåòåíî ìåòàôàçû II èìååò òàêîå æå ñòðîåíèå, êàê è ìåéîòè÷åñêîå âåðåòåíî ìåòàôàçû I. Ýòî âåðåòåíî ëèøåíî öåíòðèîëü, îáëàäàåò áî÷êîîáðàçíîé ôîðìîé è ___________________________________________________________________________________

3-34


______________________________________________________________________________

3.1.2. ÐÀÍÍÈÉ ÝÌÁÐÈÎÃÅÍÅÇ.

îòëè÷àþòñÿ îò ÿäðûøåê òåì, ÷òî íå èìåþò îòíîøåíèÿ ê òðàíñêðèïöèè Â ðåçóëüòàòå îïëîäîòâîðåíèÿ ðèáîñîìàëüíîé ÐÍÊ è íå âûðàæàþò âîâîçíèêàåò îäíîêëåòî÷íûé çàðîäûø. îáùå íèêàêîé òðàíñêðèïöèîííîé Ñ ðàçâèòèÿ îäíîêëåòî÷íîãî çàðîäûøà àêòèâíîñòè õðîìîñîì. è íà÷èíàåòñÿ ðàííèé ýìáðèîãåíåç Ó ìûøè ôîðìèðîâàíèå (ðèñ.3.3). Ïîñëå çàâåðøåíèÿ âòîðîãî ïðîíóêëåóñîâ ïðîèñõîäèò ïðèìåðíî ìåéîòè÷åñêîãî äåëåíèÿ ìàòåðèíñêèé ÷åðåç 3-4 ÷àñà ïîñëå îïëîäîòâîðåíèÿ íàáîð õðîìîñîì ïðåîáðàçóåòñÿ â ÿäðî, èëè èñêóññòâåííîé àêòèâàöèè. Ïðè íàçûâàåìîå æåíñêèì ïðîíóêëåóñîì, ôîðìèðîâàíèè ìóæñêîãî ïðîíóêëåóñà à ãîëîâêà ñïåðìèÿ - â ÿäðî, íàçûâàåìîå ïðîèñõîäèò ðàçðóøåíèå ÿäåðíîé ìóæñêèì ïðîíóêëåóñîì. ìåìáðàíû ñïåðìèÿ, íàáóõàíèå è Ïðîíóêëåóñû - ýòî ÿäðà ñ îñîáîé äèñïåðãèðîâàíèå õðîìàòèíà, à çàòåì îðãàíèçàöèåé õðîìàòèíà. Îíè îòëè- îáðàçîâàíèå âîêðóã äèôôóçíîãî ÷àþòñÿ íå òîëüêî îò ÿäåð ñîìàòè÷åñêèõ õðîìàòèíà íîâîé ÿäåðíîé îáîëî÷êè. êëåòîê âçðîñëîãî æèâîòíîãî, íî è îò ÄÍÊ â ñîñòàâå õðîìàòèíà ãîëîâêè ÿäåð êëåòîê çàðîäûøà. Ê ñïåðìèÿ óïàêîâàíà íå ãèñòîíàìè, à îñîáåííîñòÿì ïðîíóêëåóñîâ îòíîñÿòñÿ ïðîòàìèíàìè. Ýòè áåëêè îáëàäàþò èõ áîëåå êðóïíûå ðàçìåðû, ìàëàÿ ðåçêî âûðàæåííûìè îñíîâíûìè ïëîòíîñòü, ïëîõàÿ îêðàøèâàåìîñòü ñâîéñòâàìè è ñîäåðæàò áîëüøîå ÿäåðíûìè êðàñèòåëÿìè è íàëè÷èå êîëè÷åñòâî àðãèíèíà, ÷òî ñáëèæàåò èõ ïðîÿäðûøåê. Ïðîÿäðûøêè îáðàçîâàíû â êàêîé-òî ìåðå ñ ñîîòâåòñòâóþùåé ðûõëî ðàñïîëîæåííûìè ôðàêöèåé ãèñòîíîâ. Îò ãèñòîíîâ èõ õðîìàòèíîâûìè ôèáðèëëàìè, îíè îòëè÷àåò, îäíàêî, ìåíüøèé

Ðèñ 3.3. Ðàííèå ñòàäèè ðàçâèòèÿ ìûøè. ___________________________________________________________________________________

3-35


______________________________________________________________________________

ìîëåêóëÿðíûé âåñ, ìåíüøàÿ ãåòåðîãåííîñòü - ïî ìîëåêóëÿðíîìó âåñó è àìèíîêèñëîòíîìó ñîñòàâó - è, íàêîíåö, âèäîâàÿ ñïåöèôè÷íîñòü. Ñïåðìèè, íàõîäÿùèåñÿ â ñåìåííûõ êàíàëüöàõ òåñòèêóë, åùå íå ãîòîâû ê îïëîäîòâîðåíèþ; îêîí÷àòåëüíî îíè äîçðåâàþò â ýïèäèäèìóñå (ïðèäàòêå ñåìåííèêà). Âî âðåìÿ ñîçðåâàíèÿ, â ÷àñòíîñòè, âîçðàñòàåò ñòàáèëèçàöèÿ õðîìàòèíà, áëàãîäàðÿ îáðàçîâàíèþ ìíîæåñòâà äèñóëüôèäíûõ ñâÿçåé ìåæäó öèñòåèíàìè ïðîòàìèíîâ. Ïðè äåêîíäåíñàöèè õðîìàòèíà â ïðîöåññå îáðàçîâàíèÿ ïðîíóêëåóñà ïðîèñõîäèò âîññòàíîâëåíèå äèñóëüôèäíûõ ñâÿçåé. Âîññòàíîâëåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðè ïîìîùè ãëóòàòèîíà G-SH - èçâåñòíîãî âíóòðèìîëåêóëÿðíîãî âîññòàíàâëèâàþùåãî àãåíòà. Ýòî òðèïåïòèä, îñíîâíàÿ ôóíêöèÿ êîòîðîãî ñîñòîèò â ïîñòîÿííîì âîññòàíîâëåíèè äèñóëüôèäíûõ ñâÿçåé. Âàæíåéøèì ýòàïîì äåêîíäåíñàöèè õðîìàòèíà ãîëîâêè ñïåðìèÿ ÿâëÿåòñÿ çàìåíà ïðîòàìèíîâ ãèñòîíàìè. Ñ ýòèì ïðîöåññîì ñâÿçûâàþò íà÷àëî ðåàêòèâàöèè è ñòðóêòóðíî-ôóíêöèîíàëüíîé ðåîðãàíèçàöèè õðîìàòèíà, ÷òî íåîáõîäèìî äëÿ ïîñëåäóþùåé àêòèâàöèè â ýìáðèîãåíåçå îòöîâñêèõ ãåíîâ çàðîäûøà. Ïîñëå äåêîíäåíñàöèè âîêðóã õðîìàòèíà îáðàçóåòñÿ ÿäåðíàÿ ìåìáðàíà è ãîëîâêà ñïåðìèÿ ïðåâðàùàåòñÿ â ìóæñêîé ïðîíóêëåóñ. Ïîñëå çàâåðøåíèÿ ôîðìèðîâàíèÿ îáà ïðîíóêëåóñà ñîäåðæàò ïî ãàïëîèäíîìó íàáîðó ÄÍÊ, à â ìèòîòè÷åñêîå äåëåíèå çèãîòà âñòóïàåò ñ òåòðàïëîèäíûì êîëè÷åñòâîì ÄÍÊ. Ýòî ïðîèñõîäèò ïîòîìó, ÷òî â êàæäîì

ïðîíóêëåóñå â íà÷àëå îñóùåñòâëÿåòñÿ ðåïëèêàöèÿ ÄÍÊ, à çàòåì õðîìîñîìû âñòóïàþò â ìèòîç. Òàêèì îáðàçîì îäíîêëåòî÷íûé çàðîäûø ñîäåðæèò âíà÷àëå 2 ãàïëîèäíûõ, à çàòåì 2 äèïëîèäíûõ ïðîíóêëåóñà. Îäèí ðàóíä ðåïëèêàöèè ÄÍÊ ïðåæäå, ÷åì íàñòóïèò äðîáëåíèå, ïðîèñõîäèò ïðè îïëîäîòâîðåíèè âñåõ âèäîâ æèâîòíûõ (ðèñ.3.4). Ðåïëèêàöèÿ ÄÍÊ â ïðîíóêëåóñàõ ìëåêîïèòàþùèõ èäåò ïðèìåðíî ñ òàêîé æå ñêîðîñòüþ, êàê è â ÿäðàõ ñîìàòè÷åñêèõ êëåòîê. Ó ðûá è àìôèáèé ñêîðîñòè ðåïëèêàöèè ÄÍÊ â ïðîíóêëåóñàõ çíà÷èòåëüíî âûøå ñðåäíåé ñêîðîñòè ðåïëèêàöèè ÄÍÊ â ÿäðàõ ñîìàòè÷åñêèõ êëåòîê. Ïî õîäó ðåïëèêàöèè ÄÍÊ ïðîíóêëåóñû

à

á

â

å

è

ã

æ

ê

ç

ë

ì

í

Ðèñ.3.4. Ôîðìèðîâàíèå ïðîíóêëåóñîâ è èõ ñëèÿíèå (ñèíãàìèÿ) â ÿéöå êðûñû. (à-ã) ïîçäíÿÿ ôàçà â ðîñòå ìóæñêîãî ïðîíóêëåóñà; ìóæñêîé ïðîíóêëåóñ (âíèçó) è æåíñêèé ïðîíóêëåóñ (ââåðõó) íà ðàçíûõ ñòàäèÿõ èõ ñëèÿíèÿ (ä-ç); êîíäåíñàöèÿ è êîíúþãàöèÿ õðîìîñîì (ë-í). ___________________________________________________________________________________

3-36


______________________________________________________________________________

óâåëè÷èâàþòñÿ â ðàçìåðàõ, è ïðè ýòîì ñòàíîâÿòñÿ çàìåòíûìè ðàçëè÷èÿ ìåæäó îòöîâñêèì è ìàòåðèíñêèì ïðîíóêëåóñàìè. Ó ìûøåé è ó êðûñ ìóæñêîé ïðîíóêëåóñ âñåãäà îòñòàåò îò æåíñêîãî, íî èìååò ïðè ýòîì áîëåå êðóïíûå ðàçìåðû, òàê êàê ñòåïåíü ãåòåðîõðîìàòèçàöèè â íåì ìåíüøå, ÷åì â æåíñêîì ïðîíóêëåóñå. Ó ÷åëîâåêà ïðîíóêëåóñû èìåþò ïðèìåðíî îäèíàêîâûå ðàçìåðû. Íà îäíîêëåòî÷íîé ñòàäèè ôàçà G2 êëåòî÷íîãî öèêëà îòñóòñòâóåò, òî åñòü çèãîòû íåïîñðåäñòâåííî âñòóïàþò â ïðîôàçó ìèòîçà, çàâåðøèâ ôàçó S. Êàê è ó äðóãèõ æèâîòíûõ, ó ìëåêîïèòàþùèõ íàáëþäàåòñÿ ãåòåðîöèêëè÷íîñãü ðîäèòåëüñêèõ íàáîðîâ õðîìîñîì, òî åñòü öèêëû ïðåîáðàçîâàíèÿ îòöîâñêîãî è ìàòåðèíñêîãî íàáîðîâ õðîìîñîì àñèíõðîííû è íåçàâèñèìû. Íåêîòîðîå çàïàçäûâàíèå ïåðåõîäà èç ïðîôàçû â ïðîìåòàôàçó îòöîâñêîãî íàáîðà ñâÿçûâàþò ñ íåîáõîäèìîñòüþ äîïîëíèòåëüíûõ ïðåîáðàçîâàíèé, êîòîðûå ïðåòåðïåâàåò ÿäðî ñïåðìèÿ, à òàêæå âëèÿíèå ìåñòîðàñïîëîæåíèé â öèòîïëàçìå îòöîâñêîãî è ìàòåðèíñêîãî ïðîíóêëåóñîâ. Îáúåäèíåíèå ðîäèòåëüñêèõ íàáîðîâ õðîìîñîì îñóùåñòâëÿåòñÿ ëèøü âî âðåìÿ ìåòàôàçû, òî åñòü ïîñëå ðàçðóøåíèÿ îáîëî÷åê ïðîíóêëåóñîâ è ñáëèæåíèÿ õðîìîñîìíûõ íàáîðîâ äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ åäèíîé ìåòàôàçíîé ïëàñòèíêè. È äàæå âî âðåìÿ ìåòàôàçû õðîìîñîìû ðîäèòåëüñêèõ íàáîðîâ ðàñïîëàãàþòñÿ îáîñîáëåííî, òî åñòü ãîìîëîãè íå êîíòàêòèðóþò äðóã ñ äðóãîì. Ãåíîì îäíîêëåòî÷íîãî çàðîäûøà òðàíñêðèïöèîííî

íåàêòèâåí. Íàáëþäàåìûå èçìåíåíèÿ áåëêîâîãî ñïåêòðà ñâÿçàíû ñ òðàíñëÿöèåé ÐÍÊ, çàïàñåííûõ â îîãåíåçå. Ðåãóëÿöèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ íà ïîñòòðàíñêðèïöèîííîì è ïîñòòðàíñëÿöèîííîì óðîâíÿõ. Òðàíñëÿöèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ äàæå ïðè ïîëíîé ýíóêëåàöèè çèãîòû, ïðîèñõîäèò è äðîáëåíèå, îäíàêî áîðîçä äðîáëåíèÿ îáðàçóåòñÿ ìíîãî. Ïî-âèäèìîìó, âçàèìîäåéñòâèå ÿäðà è öèòîïëàçìû íåîáõîäèìû äëÿ ïðàâèëüíîé îðãàíèçàöèè ìèêðîôèëàìåíòîâ è äëÿ âîçíèêíîâåíèÿ îäíîé áîðîçäû äðîáëåíèÿ. 3.1.2.1. Äðîáëåíèå. Äðîáëåíèå - ñåðèÿ ìèòîòè÷åñêèõ äåëåíèé çèãîòû, â ðåçóëüòàòå êîòîðûõ îáðàçóþòñÿ êëåòêè ìåíüøåãî ðàçìåðà è îêðóãëîé ôîðìû, íàçûâàåìûå áëàñòîìåðàìè (ðèñ.3.5). Äî ñîçäàíèÿ ìåòîäîâ êóëüòèâèðîâàíèÿ çàðîäûøåé ìëåêîïèòàþùèõ in vitro èõ äðîáëåíèå èçó÷àòü áûëî î÷åíü òðóäíî, òàê êàê ÿéöåêëåòêè ìëåêîïèòàþùèõ î÷åíü ìåëêèå (â òûñÿ÷ó ðàç ìåëü÷å ðàçìåðîâ ÿéöåêëåòîê øïîðöåâîé ëÿãóøêè, íàïðèìåð), è ïî êîëè÷åñòâó çèãîò, êîòîðûå ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû îò îäíîé îñîáè, ìëåêîïèòàþùèå íå ñðàâíèìû ñ ìîðñêèìè åæàìè èëè ëÿãóøêàìè. Îáû÷íî ó ñàìêè ìëåêîïèòàþùåãî îäíîâðåìåííî îâóëèðóþò ìåíüøå 10 ÿèö. Ïðåîäîëåíèå ýòèõ òðóäíîñòåé îêàçàëîñü îïðàâäàííûì, òàê êàê âûÿñíèëîñü, ÷òî äðîáëåíèå ó ìëåêîïèòàþùèõ ðåçêî îòëè÷àåòñÿ îò äðîáëåíèÿ ó äðóãèõ æèâîòíûõ. Çàðîäûø äðîáèòñÿ âíóòðè ïðîçðà÷íîé îáîëî÷êè (zînà pellucida)

___________________________________________________________________________________

3-37


______________________________________________________________________________

Ðèñ. 3.5. Ìîðôîëîãèÿ ðàçâèòèÿ íîðìàëüíîãî ïðåäèìïëàíòàöèîííîãî ýìáðèîíà ìûøè. 1. Ïðåäîâóëÿòîðíûé îîöèò ñ èíòàêòíûì çàðîäûøåâûì ïóçûðüêîì. 2. Ïðåäîâóëÿòîðíûé îîöèò ñ ðàçðóøåííûì çàðîäûøåâûì ïóçûðüêîì. 3, 4. Âûäåëåíèå ïåðâîãî ïîëÿðíîãî òåëüöà è ñëåäóþùèå çà íèì îâóëÿöèÿ è îïëîäîòâîðåíèå. 5. Ïðîäîëæåíèå ìåéîçà æåíñêèì íàáîðîì õðîìîñîì è âûäåëåíèå âòîðîãî ïîëÿðíîãî òåëüöà. 5,6. Äåêîíäåíãàöèÿ ÿäðà ñïåðìèÿ è ôîðìèðîâàíèå ìóæñêîãî ïðîíóêëåóñà. 7. Ôîðìèðîâàíèå ÿäåðíîé ìåìáðàíû âîêðóã ãàïëîèäíîãî íàáîðà æåíñêèõ õðîìîñîì è îáðàçîâàíèå æåíñêîãî ïðîíóêëåóñà; ïîñëåäíèé çàíèìàåò ñóáêîðòèêàëüíîå ïîëîæåíèå âáëèçè âòîðîãî ïîëÿðíîãî òåëüöà è èìååò ìåíüøèå ðàçìåðû ïî ñðàâíåíèþ ñ ìóæñêèì ïðîíóêëåóñîì. 8 - 10. Ìèãðàöèÿ ïðîíóêëåóñîâ ê öåíòðó ÿéöà; ðåïëèêàöèÿ ÄÍÊ. 11,12. Ðàçðóøåíèå ìåìáðàí ïðîíóêëåóñîâ; ñêëàä÷àòîñòü ïîâåðõíîñòè ýìáðèîíà óêàçûâàåò íà ðåîðãàíèçàöèþ öèòîñêåëåòà, ïðåäøåñòâóþùóþ äåëåíèþ. 13. Óäëèíåíèå ýìáðèîíà. 14, 15. Ôîðìèðîâàíèå ïåðåòÿæêè. 16. Íîâîîáðàçîâàííûé 2-êëåòî÷íûé ýìáðèîí ñ ðàçëè÷èìûìè ÿäðàìè. 17. Áîëåå ïîçäíÿÿ 2-êëåòî÷íàÿ ñòàäèÿ ñ ÷åòêèìè ÿäðàìè. 18 - 25. Áîëåå ïîçäíèå ñòàäèè ïðåäèìïëàíòàöèîííîãî ðàçâèòèÿ: 18 - 4-êëåòî÷íûé ýìáðèîí; 19, 20 - 6 - 8-êëåòî÷íûå ýìáðèîíû; 21 - êîìïàêòèçèðîâàííûé 8-êëåòî÷íûé ýìáðèîí; 22 ïåðåõîä îò 8-êëåòî÷íîãî êîìïàêòèçèðîâàííîãî ýìáðèîíà ê 16-êëåòî÷íîìó; 23, 24 - ðàííÿÿ áëàñòîöèñòà; 25 - ïîçäíÿÿ áëàñòîöèñòà.

ïî õîäó ñâîåãî ïðîäâèæåíèÿ îò ìåñòà îïëîäîòâîðåíèÿ ÿéöåêëåòêè ê ìàòêå. ßéöåêëåòêè ìëåêîïèòàþùèõ îòíîñÿòñÿ ê èçîëåöèòàëüíîìó òèïó, îíè ñîäåðæàò ìàëî æåëòî÷íûõ âêëþ÷åíèé, ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëåííûõ ïî öèòîïëàçìå, è îñóùåñòâëÿþò

ãîëîáëàñòè÷åñêîå (ïîëíîå) äðîáëåíèå. Ðàçìåðû áëàñòîìåðîâ â õîäå êàæäîãî äåëåíèÿ óìåíüøàþòñÿ, óìåíüøàåòñÿ òàêæå è îáúåì çàðîäûøà: ó ìûøè - íà 25%, ó êîðîâû - íà 20%, ó îâöû - íà 40%. Âîçìîæíî, ìåíÿåòñÿ ñòåïåíü îáâîäíåíèÿ öèòîïëàçìû, âîçìîæíî,

___________________________________________________________________________________

3-38


______________________________________________________________________________

ðàñõîäóþòñÿ âêëþ÷åíèÿ. Äðîáëåíèå ó ìëåêîïèòàþùèõ îòëè÷àåòñÿ îò äðóãèõ òèïîâ äðîáëåíèÿ ïî ìíîãèì ïðèçíàêàì. Íàèáîëåå âàæíûìè èç íèõ ÿâëÿþòñÿ ñëåäóþùèå: 1. Çàìåäëåííîå òå÷åíèå äðîáëåíèÿ (êàæäûé êëåòî÷íûé öèêë ïðèáëèæàåòñÿ ïî ïðîäîëæèòåëüíîñòè ê êëåòî÷íûì öèêëàì äåôèíèòèâíûõ òêàíåé). Íàëè÷èå â êëåòî÷íûõ öèêëàõ âñåõ ôàç (G1, S, M, G2). 2. Òèï äðîáëåíèÿ ÷åðåäóþùèéñÿ (rotational): ïåðâîå äåëåíèå - íîðìàëüíîå ìåðèäèîíàëüíîå; ïðè âòîðîì äåëåíèè îäèí èç äâóõ áëàñòîìåðîâ äåëèòñÿ ìåðèäèîíàëüíî, à äðóãîé ýêâàòîðèàëüíî. 3. Îòñóòñòâèå ïåðèîäà ñèíõðîííîãî äðîáëåíèÿ (ó àìôèáèé ïåðâûå 12 äåëåíèé - ñèíõðîííûå). Èççà ýòîãî íå ïðîèñõîäèò ðàâíîìåðíîãî íàðàñòàíèÿ ÷èñëà áëàñòîìåðîâ îò 2êëåòî÷íîé ê 4- è 8-êëåòî÷íûì ñòàäèÿì; çàðîäûøè ÷àñòî ñîäåðæàò íå÷åòíîå ÷èñëî áëàñòîìåðîâ. Ó ìëåêîïèòàþùèõ ïðåäåòåðìèíàöèÿ ó÷àñòêîâ öèòîïëàçìû ÿéöåêëåòêè, ïî-âèäèìîìó, îòñóòñòâóåò. È âñå æå ïîñëåäñòâèÿ îîïëàçìàòè÷åñêîé ñåãðåãàöèè ïðîÿâëÿþòñÿ, õîòÿ è íå â ñòîëü çàìåòíîé ôîðìå, êàê ïðè äðîáëåíèè çàðîäûøåé äðóãèõ âèäîâ æèâîòíûõ. Êàê èçâåñòíî, ïðè îïëîäîòâîðåíèè âîçíèêàåò àñèììåòðè÷íîñòü ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû â ìåñòå ïðîíèêíîâåíèÿ ñïåðìèÿ. Íàïîìíèì, ÷òî ñïåðìèé ñëèâàåòñÿ ñ ìåìáðàíîé ÿéöåêëåòêè â ëþáîì ìåñòå, áîãàòîì ìèêðîâîðñèíêàìè, ïîñëå ÷åãî îáðàçóåòñÿ êîíóñ îïëîäîòâîðåíèÿ, ìèêðîâîðñèíêè èñ÷åçàþò, à êîìïîíåíòû ìåìáðàíû ñïåðìèÿ îñ-

òàþòñÿ â ýòîì ó÷àñòêå, íå äèôôóíäèðóÿ. Ýòà àñèììåòðè÷íîñòü ìåìáðàíû çèãîòû, âîçíèêøàÿ â ðåçóëüòàòå îïëîäîòâîðåíèÿ, ïîâèäèìîìó, îòðàæàåòñÿ íà íåñêîëüêèõ äåëåíèÿõ äðîáëåíèÿ. Ïåðâûå äâà áëàñòîìåðà èìåþò îäèíàêîâûé ðàçìåð, íî íå âïîëíå îäèíàêîâóþ öèòîïëàçìó: 1) Âî âòîðîå äåëåíèå äðîáëåíèÿ îäèí áëàñòîìåð âñòóïàåò íà 20-60 ìèí. ðàíüøå äðóãîãî; 2) Ïåðâûå áëàñòîìåðû èìåþò íåîäèíàêîâûé ñóõîé âåñ, îñîáåííî âî âðåìÿ èíòåðôàçû, ñèíòåç ðèáîñîìàëüíîé ÐÍÊ â ÿäðûøêàõ ïðîèñõîäèò â ðàçíîå âðåìÿ, ïðîäîëæèòåëüíîñòü S-ôàçû (ôàçû ðåïëèêàöèè ÄÍÊ) íåîäèíàêîâà; 3) Ìåìáðàííûå àíòèãåíû ñïåðìèÿ ó ïîòîìêîâ îäíîãî èç äâóõ áëàñòîìåðîâ ñîõðàíÿþòñÿ â èõ ïëàçìàòè÷åñêèõ ìåìáðàíàõ äî 3-êëåòî÷íîé ñòàäèè; 4) Ìèêðîèíúåêöèÿìè êîëëîèäíûõ ÷àñòèö çîëîòà ïîêàçàíî, ÷òî öèòîïëàçìà ÿéöåêëåòêè ðàñïðåäåëÿåòñÿ ìåæäó äâóìÿ áëàñòîìåðàìè, íå ïåðåìåøèâàÿñü; âîçìîæíî, íåðàâíîìåðíàÿ ñåãðåãàöèÿ êàêèõ-òî ôàêòîðîâ çèãîòû îáóñëîâëèâàåò áîëåå ðàííåå äåëåíèå îäíîãî èç äâóõ ïåðâûõ áëàñòîìåðîâ; 5) Ïðåäïîëàãàåòñÿ òàêæå, ÷òî ïåðâûì âñòóïàåò â äåëåíèå òîò áëàñòîìåð, â ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíå êîòîðîãî íàõîäÿòñÿ àíòèãåíû, à â öèòîïëàçìå - ñòðóêòóðíûå êîìïîíåíòû õâîñòà ñïåðìèÿ. 3.1.2.2. Äâóõáëàñòîìåðíûé ýìáðèîí. Äî ñåðåäèíû 2-êëåòî÷íîé ñòàäèè çàðîäûøè ìûøè ïîëíîñòüþ çàâèñÿò îò îîïëàçìàòè÷åñêèõ çàïàñîâ áåëêîâ è

___________________________________________________________________________________

3-39


______________________________________________________________________________

ìÐÍÊ. Ñ ñåðåäèíû 2-êëåòî÷íîé ñòàäèè àêòèâèðóþòñÿ ãåíû çàðîäûøà. Â ýòî æå âðåìÿ íà÷èíàþò ðàçðóøàòüñÿ ìÐÍÊ îîöèòà, íî áåëêè, òðàíñëèðîâàííûå ñ ýòèõ ìÐÍÊ ñîõðàíÿþòñÿ äî ñòàäèè áëàñòîöèñòû, à íåêîòîðûå è ïîçæå. Â êîíöå äâóõáëàñòîìåðíîé ñòàäèè â íåêîòîðûõ ÿäðàõ ïîÿâëÿþòñÿ òèïè÷íûå ÿäðûøêè, òî åñòü àêòèâèðóþòñÿ ðèáîñîìàëüíûå ãåíû çàðîäûøà. Ãåíû çàðîäûøà, êîòîðûå ýêñïðåññèðóþòñÿ íà ýòîé ñòàäèè, â îñíîâíîì íåîáõîäèìû äëÿ ïîääåðæàíèÿ æèçíåäåÿòåëüíîñòè êëåòîê. À ÿäðà, íàõîäÿñü ïîä êîíòðîëåì öèòîïëàçìàòè÷åñêèõ ôàêòîðîâ ÿéöà, âûïîëíÿþò ïðåèìóùåñòâåííî ôóíêöèè êëåòî÷íûõ îðãàíîèäîâ, îáåñïå÷èâàþùèõ óïîðÿäî÷åííîñòü äðîáëåíèÿ (ðèñ.3.5, òàáëèöà 3.2).

Äî êîìïàêòèçàöèè ó êàæäîãî èç 8 áëàñòîìåðîâ. íàáëþäàþòñÿ äàëåêî èäóùèå èçìåíåíèÿ, èçâåñòíûå ïîä íàçâàíèåì ïîëÿðèçàöèè. Ïëàçìàòè÷åñêàÿ ìåìáðàíà êàæäîãî áëàñòîìåðà ïîêðûòà ìèêðîâîðñèíêàìè, êîòîðûå âîçíèêàþò, áëàãîäàðÿ îáðàçîâàíèþ àêòèíîâûõ ìèêðîôèëàìåíòîâ. Ïðè ïîìîùè ìèêðîâîðñèíîê ñîñåäíèå áëàñòîìåðû ïðèêðåïëÿþòñÿ äðóã ê äðóãó. Ìåäèàòîðàìè ìåæêëåòî÷íîé àäãåçèè ñëóæàò ãëèêîïðîòåèíû, ôóíêöèîíèðóþùèå íà ïîâåðõíîñòÿõ ìèêðîâîðñèíîê. Îäíèì èç ýòèõ ãëèêîïðîòåèíîâ ÿâëÿåòñÿ óâîìîðóëèí. Àíòèòåëà ê óâîìîðóëèíó âûçûâàþò äåêîìïàêòèçàöèþ áëàñòîìåðîâ. Ïðè êîìïàêòèçàöèè ïðîèñõîäèò óïëîùåíèå êîíòàêòèðóþùèõ ïîâåðõíîñòåé ñîñåä3.1.2.3. Îáðàçîâàíèå ìîðóëû. íèì áëàñòîìåðîâ, ìèêðîâîðñèíêè óêîðà÷èâàþòñÿ ïóòåì Ïîñëå 8-êëåòî÷íîé ñòàäèè äåïîëèìåðèçàöèè àêòèíà. Òàêèì áëàñòîìåðû ôîðìèðóþò ìîðóëó îáðàçîì, áëàñòîìåðû ïðèîáðåòàþò (ðèñ.3.5, òàáëèöà 3.1). Ýòî ïðîèñõîäèò ïîëÿðíîñòü, êîòîðàÿ âûðàæàåòñÿ â áëàãîäàðÿ äâóì ïðîöåññàì: íàëè÷èè ìèêðîâîðñèíîê òîëüêî íà êîìïàêòèçàöèè è ïîëÿðèçàöèè íàðóæíîé ÷àñòè èõ ìåìáðàí, íå áëàñòîìåðîâ. Íà ðàííåé 8-êëåòî÷íîé êîíòàêòèðóþùåé ñ äðóãèìè ñòàäèè áëàñòîìåðû ðàñïîëàãàþòñÿ áëàñòîìåðàìè, à òàêæå â ðûõëî, ìåæäó íèìè îñòàþòñÿ áîëüøèå àñèììåòðè÷íîì ðàñïîëîæåíèè ïðîñòðàíñòâà, ñàìè áëàñòîìåðû âíóòðèêëåòî÷íûõ êîìïîíåíòîâ. ñîõðàíÿþò îêðóãëóþ ôîðìó. Â êîíöå 8Ïëîñêîñòü ñëåäóþùåãî äåëåíèÿ êëåòî÷íîé ñòàäèè îíè âíåçàïíî îðèåíòèðîâàíà òàê, ÷òîáû èñïîëüçîñáëèæàþòñÿ, ïëîùàäü êîíòàêòà ìåæäó âàòü ýòó àñèììåòðèþ äëÿ ñîçäàíèÿ íèìè ìàêñèìàëüíî óâåëè÷èâàåòñÿ, è äâóõ ðàçëè÷íûõ ïîòîìêîâ ïîëÿðèçîâàíîíè îáðàçóþò êîìïàêòíûé êëåòî÷íûé íîãî áëàñòîìåðà - ïîëÿðíîé êëåòêè, øàð. Îïèñàííûé ïðîöåññ íàçûâàåòñÿ êîòîðàÿ ðàñïîëàãàåòñÿ ñíàðóæè êîìïàêòèçàöèåé. Êîìïàêòèçàöèÿ, ìîðóëû, è àïîëÿðíîé, ðàñïîëîæåííîé âîçìîæíî, ïðåäñòàâëÿåò ñàìîå âàæíîå âíóòðè íåå. îòëè÷èå äðîáëåíèÿ çàðîäûøåé Èòàê, êëåòêè ìëåêîïèòàþùèõ îò âñåõ äðóãèõ òèïîâ êîìïàêòèçèðîâàííîãî çàðîäûøà äðîáëåíèÿ. äåëÿòñÿ è îáðàçóþò 16-è 32-êëåòî÷íóþ

___________________________________________________________________________________

3-40


______________________________________________________________________________

ìîðóëó (ðèñ.3.5, òàáëèöà 3.1). Ïîñëå êîìïàêòèçàöèè òåñíàÿ óïàêîâêà áëàñòîìåðîâ ñòàáèëèçèðóåòñÿ áîëåå ñîâåðøåííûìè ìåæêëåòî÷íûìè êîíòàêòàìè. Ìåæäó êëåòêàìè âíóòðè ìîðóëû âîçíèêàþò ùåëåâûå êîíòàêòû (îíè îáðàçóþòñÿ ñðàçó ïîñëå êîìïàêòèçàöèè, â êîíöå 8-êëåòî÷íîé ñòàäèè). Ìåæäó êëåòêàìè íà ïîâåðõíîñòè ìîðóëû îáðàçóþòñÿ ïëîòíûå êîíòàêòû, ÷òî ïðèâîäèò ê èçîëÿöèè âíóòðåííèõ êëåòîê ìîðóëû.

õîäèìûå äëÿ òîãî, ÷òîáû ìàòåðèíñêàÿ ìàòêà ïðîäîëæàëà âûíàøèâàòü ïëîä; ñèíòåçèðóþò ðåãóëÿòîðû èììóííîãî îòâåòà, áëàãîäàðÿ êîòîðûì ìàòü íå îòòîðãàåò çàðîäûø, êàê ýòî ïðîèçîøëî áû ñ ïåðåñàæåííûì îðãàíîì. Îäíàêî êëåòêè òðîôîáëàñòà íå ñïîñîáíû îáðàçîâàòü íè îäíîé êëåòêè ñàìîãî çàðîäûøà. Îíè íåîáõîäèìû äëÿ èìïëàíòàöèè çàðîäûøà â ñòåíêó ìàòêè. Ïîòîìêè âíóòðåííèõ (àïîëÿðíûõ) êëåòîê 16-êëåòî÷íîé ìîðóëû, ê êîòîðûì èíîãäà äîáàâëÿåòñÿ íàðóæíàÿ 3.1.2.4. Îáðàçîâàíèå áëàñòîöèñòû. êëåòêà (ïðè ïåðåõîäå ê 32-êëåòî÷íîé ñòàäèè) îáðàçóþò âíóòðåííþþ Âî âðåìÿ 6-ãî - 7-ãî äåëåíèé êëåòî÷íóþ ìàññó (ÂÊÌ). Êëåòêè äðîáëåíèÿ ìîðóëà ïðåîáðàçóåòñÿ â ÂÊÌ ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ðàçâèòèÿ áëàñòîöèñòó. (ðèñ.3.5, òàáëèöà 3.1) çàðîäûøà è äëÿ èíäóêöèè â ÒÝ Áëàñòîöèñòà ÿâëÿåòñÿ ñòàäèåé ïðîöåññîâ, íåîáõîäèìûõ äëÿ ðàçâèòèÿ, íåîáõîäèìîé äëÿ ïîëíîöåííîé èìïëàíòàöèè è èìïëàíòàöèè, è ñâîéñòâåííà ïëàöåíòàöèè. ÂÊÌ, âìåñòå ñ ÒÝ, ýìáðèîãåíåçó âñåõ ìëåêîïèòàþùèõ, ó÷àñòâóåò òàêæå â ôîðìèðîâàíèè õîòÿ ïóòè ôîðìèðîâàíèÿ áëàñòîöèñòû çàðîäûøåâûõ îáîëî÷åê. ìîãóò áûòü ðàçëè÷íûìè. Îáðàçîâàíèå Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïîòîìêè òîãî áëàñòîöèñòû ÿâëÿåòñÿ åùå îäíîé áëàñòîìåðà, êîòîðûé íà 2-êëåòî÷íîé îòëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþ ñòàäèè äåëèòñÿ ïåðâûì, ñ áîëüøåé ìëåêîïèòàþùèõ. âåðîÿòíîñòüþ îêàçûâàþòñÿ ñðåäè âíóòÑòàäèÿ áëàñòîöèñòû èãðàåò ðåííèõ êëåòîê ìîðóëû à çíà÷èò è ñðåäè âàæíóþ ðîëü, òàê êàê ïðè êëåòîê ÂÊÌ. Ñëåäîâàòåëüíî, îíè ïðåîáðàçîâàíèè ìîðóëû â áëàñòîöèñòó èìåþò áîëüøóþ âåðîÿòíîñòü ïîïàñòü ïðîèñõîäèò ïåðâûé ïðîöåññ â ñîñòàâ òåëà çàðîäûøà. äèôôåðåíöèðîâêè ó ìëåêîïèòàþùèõ. Ìîðóëà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé Áîëüøàÿ ÷àñòü ïîòîìêîâ íàðóæíûõ øàðîâèäíîå ñêîïëåíèå áëàñòîìåðîâ, êëåòîê ìîðóëû ñòàíîâèòñÿ ëèøåííîå ïîëîñòè, à áëàñòîöèñòà êëåòêàìè òðîôîáëàñòà èëè ïóçûðåê, ñîñòîÿùèé èç ñòåíêè (ÒÝ), ïîòðîôýêòîäåðìû (ÒÝ). Ýòà ãðóïïà ëîñòè ñ æèäêîñòüþ (áëàñòîöåëü) è êëåòîê íå îáðàçóåò ýìáðèîíàëüíûõ ñêîïëåíèÿ êëåòîê ÂÊÌ íà îäíîì èç ñòðóêòóð, à ïðåâðàùàåòñÿ â õîðèîí, ïîëþñîâ âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè ÒÝ. ó÷àñòâóþùèé â îáðàçîâàíèè Ïðîöåññ îáðàçîâàíèÿ ïîëîñòè, òî ïëàöåíòû. Òêàíè ïëàöåíòû åñòü îáðàçîâàíèÿ áëàñòîöèñòû, íàçûîáåñïå÷èâàþò ïîëó÷åíèå ïëîäîì âàåòñÿ êàâèòàöèåé. Íàêîïëåíèå êèñëîðîäà è ïèòàòåëüíûõ âåùåñòâ îò æèäêîñòè â çàðîäûøå òðåáóåò çàòðàò ìàòåðè; ñåêðåòèðóþò ãîðìîíû, íåîá- ýíåðãèè è çàâèñèò îò àêòèâíîãî

___________________________________________________________________________________

3-41


______________________________________________________________________________

ïåðåíîñà èîíîâ Nà âî âíóòðåííèå ìåæêëåòî÷íûå ïðîñòðàíñòâà. Â ïëàçìàòè÷åñêèõ ìåìáðàíàõ êëåòîê ÒÝ èìååòñÿ íàòðèåâûé íàñîñ (Nà +/Ê +ÀÒÔàçà), êîòîðûé ïåðåíîñèò èîíû Na âíóòðü çàðîäûøà; îñìîòè÷åñêîå äàâëåíèå ïîâûøàåòñÿ è ñþäà íà÷èíàåò ïîñòóïàòü æèäêîñòü. Íàêàïëèâàÿñü ìåæäó áëàñòîìåðàìè, æèäêîñòü îòîäâèãàåò áëàñòîìåðû ê îäíîìó èç ïîëþñîâ ÒÝ, çäåñü èç íèõ ôîðìèðóåòñÿ ÂÊÌ. Ïëîòíûå êîíòàêòû, êîòîðûìè ñîåäèíÿþòñÿ êëåòêè ÒÝ ïîìîãàþò óäåðæàòü æèäêîñòü â ïîëîñòè. Îïèñàííûé òîëüêî ÷òî ñïîñîá êàâèòàöèè ïðèñóù ìûøåâèäíûì ãðûçóíàì, êðîëèêó è, ïî-âèäèìîìó, ÷åëîâåêó. Ó äðóãèõ ìëåêîïèòàþùèõ, íàïðèìåð, ñâèíåé è êîç, áëàñòîöèñòà ôîðìèðóåòñÿ ïî äðóãîìó. Óæå íà ñòàäèè ìîðóëû íà îäíîì èç åå ïîëþñîâ îáðàçóþòñÿ áîëåå êðóïíûå áëàñòîìåðû, èç êîòîðûõ âîçíèêàåò ïåðâè÷íàÿ ýìáðèîíàëüíàÿ ýêòîäåðìà, èìåþùàÿ ôîðìó äèñêà. Èç îñòàëüíûõ áëàñòîìåðîâ ðàçâèâàåòñÿ ÒÝ, è îíà íå îêðóæàåò ýìáðèîíàëüíûé äèñê ñíàðóæè. Òàêèì îáðàçîì, òåðìèí ÂÊÌ íåïðèìåíèì äëÿ çàðîäûøåé ñâèíåé è êîç, ò.ê. îáðàçîâàíèÿ ÂÊÌ íå ïðîèñõîäèò. Êàâèòàöèÿ íå îïðåäåëÿåòñÿ ÷èñëîì êëåòî÷íûõ äåëåíèé è ïðîèñõîäèò òîãäà, êîãäà çàðîäûø äîñòèãíåò îïðåäåëåííîãî áèîëîãè÷åñêîãî âîçðàñòà. Ïîýòîìó ó çàðîäûøåé ñ çàáëîêèðîâàííûì öèòîêèíåçîì, íî ïðè ïðîäîëæàþùèõñÿ ðàóíäàõ ðåïëèêàöèè ÄÍÊ (ýíäîðåäóïëèêàöèÿ), íàêîïëåíèå æèäêîñòè íà÷èíàåòñÿ â òî æå âðåìÿ, ÷òî è ó íîðìàëüíûõ çàðîäûøåé. Äàæå 2

áëàñòîìåðà, îáðàçóÿ ïëîòíûå êîíòàêòû, ìîãóò ñôîðìèðîâàòü ïñåâäîáëàñòîöèñòó (òàê íàçûâàåìûé òðîôîáëàñòí÷åñêèé ïóçûðåê), ñîñòîÿùóþ èç ÒÝ è ïîëîñòè. Ôîðìèðîâàíèå ïîëíîöåííîé áëàñòîöèñòû çàâèñèò îò êîëè÷åñòâà áëàñòîìåðîâ â íà÷àëå êàâèòàöèè. Åñëè ê ýòîìó ìîìåíòó ó çàðîäûøåé ìûøåé áóäåò íå ìåíåå 22-25 áëàñòîìåðîâ, òî G èç íèõ îáðàçóþò ïîëíîöåííóþ âíóòðåííþþ êëåòî÷íóþ ìàññó, à îñòàëüíûå - òðîôýêòîäåðìó, ò.å. ìîðóëà ïðåâðàòèòñÿ â íîðìàëüíóþ áëàñòîöèñòó. Åñëè æå êîëè÷åñòâî áëàñòîìåðîâ óìåíüøåíî, òî êàâèòàöèÿ îñóùåñòâèòñÿ, íî ìîðóëà ïðåîáðàçóåòñÿ â òðîôîáëàñòè÷åñêèé ïóçûðåê. Òðîôîáëàñòè÷åñêèå ïóçûðüêè ìîãóò èíäóöèðîâàòü äåöèäóàëüíóþ ðåàêöèþ â ìàòêå, íî ïîãèáàþò, íå èìïëàíòèðóÿñü. Äëÿ èìïëàíòàöèè íåîáõîäèìî, ÷òîáû áëàñòîöèñòà ñîäåðæàëà ïîðîãîâîå êîëè÷åñòâî áëàñòîìåðîâ â ñîñòàâå ÂÊÌ. Çàìå÷åíî, ÷òî òðèïëîèäíûå çàðîäûøè êàâèòèðóþò ðàíüøå, ÷åì äèïëîèäíûå, õîòÿ èìåþò ïðè ýòîì ìåíüøå êëåòîê. Ó ãàïëîèäíûõ ïàðòåíîãåíåòè÷åñêèõ çàðîäûøåé, ðàçâèâàþùèõñÿ in vitro, êîìïàêòèçàöèÿ è êàâèòàöèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðè çíà÷èòåëüíî áîëüøåì êîëè÷åñòâå áëàñòîìåðîâ, ÷åì ó äèïëîèäîâ. Ïðåîáðàçîâàíèå ìîðóëû â áëàñòîöèñòó çàâèñèò îò òðàíñêðèïöèè ãåíîâ çàðîäûøà âî âðåìÿ 5 äåëåíèÿ äðîáëåíèÿ, ò.å. ïåðåõîäà îò 16 ê 32 êëåòêàì. Åñëè çàáëîêèðîâàòü òðàíñêðèïöèþ íà ýòîé ñòàäèè, òî áëàñòîöèñòû íå îáðàçóþòñÿ.

___________________________________________________________________________________

3-42


______________________________________________________________________________

3.1.2.5. Íåêîòîðûå ñâîéñòâà êëåòîê ÒÝ è ÂÊÌ.

Â ðàííåé (3,5 ñóò.) áëàñòîöèñòå ìûøè (îáùåå ÷èñëî êëåòîê ïðèìåðíî 60) ÂÊÌ ñîñòîèò èç 15-16 êëåòîê, èç êîòîðûõ 2-3 ñòàíóò èñòî÷íèêîì äëÿ ïîñòðîåíèå òåëà çàðîäûøà. Èç îñòàëüíûõ êëåòîê ðàçâèâàþòñÿ âíåçàðîäûøåâûå îðãàíû. Â ðàííèõ áëàñòîöèñòàõ ÂÊÌ ñîñòîÿò èç ñôåðè÷åñêèõ êëåòîê, íàïîìèíàþùèõ ïî ôîðìå áëàñòîìåðû ðàííèõ çàðîäûøåé. Ýòè êëåòêè ñîåäèíåíû ùåëåâûìè êîíòàêòàìè. Àäãåçèâíîñòü èõ âûñîêà, îíè ñïîñîáíû ñêëåèâàòüñÿ ñ êëåòêàìè ÂÊÌ äðóãèõ çàðîäûøåé, ëèáî ñ ðàííèìè áëàñòîìåðàìè. Ïîëàãàþò, ÷òî êëåòêè ÂÊÌ ñïîñîáíû ê ìåòàáîëè÷åñêîé êîîïåðàöèè; îíè íå òîëüêî íå ñìåùàþòñÿ ïî îòíîøåíèþ äðóã ê äðóãó, íî è îáëàäàþò ýôôåêòèâíîé ñèñòåìîé ïåðåäà÷è ñèãíàëîâ, áëàãîäàðÿ êîòîðûì ÂÊÌ ðåãóëèðóåòñÿ êàê åäèíàÿ êëåòî÷íàÿ ïîïóëÿöèÿ. Êëåòêè ÒÝ â ïðîöåññå öèòîäèôôåðåíöèðîâêè ïðèîáðåòàþò ïîëèãîíàëüíóþ ôîðìó è ñâîåîáðàçíóþ îðãàíèçàöèþ öèòîñêåëåòà è ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíû, ÷òî, íàðÿäó ñ íàëè÷èåì ïëîòíûõ êîíòàêòîâ ìåæäó êëåòêàìè, ïîìîãàåò ýôôåêòèâíî óäåðæèâàòü æèäêîñòü â ïîëîñòè áëàñòîöèñòû è ïî ìåðå ðîñòà áëàñòîöèñòû óâåëè÷èâàòü åå êîëè÷åñòâî. Êëåòêè ÂÊÌ ëåãêî àãðåãèðóþò äðóã ñ äðóãîì, à ôðàãìåíòû ÒÝ ëèøåíû ýòîé ñïîñîáíîñòè. Åñëè òðàíñïëàíòèðîâàòü ïî îòäåëüíîñòè ÂÊÌ è ÒÝ â ìàòêó ñàìêàì-ðåöèïèåíòàì ñ ëîæíîé

áåðåìåííîñòüþ, òî ÒÝ èíäóöèðóåò äåöèäóàëüíóþ ðåàêöèþ è íà÷èíàåò «èìïëàíòèðîâàòüñÿ». ÂÊÌ, ïîïàâ â ìàòêó, ïîãèáàåò, íå èíäóöèðóÿ äåöèäóàëüíîé ðåàêöèè â íåé. Êëåòêè ÒÝ ñïîñîáíû ê ôàãîöèòîçó, à êëåòêè ÂÊÌ ëèøåíû ýòîé ñïîñîáíîñòè. Êàê è ñëåäîâàëî îæèäàòü, ñïåêòð áåëêîâ, ñèíòåçèðóåìûõ ÒÝ è ÂÊÌ, ðàçëè÷åí. 3.1.2.6.Òîòèïîòåíòíîñòü áëàñòîìåðîâ ðàííèõ ýìáðèîíîâ.

Êëåòêè ðàííèõ ýìáðèîíîâ ìëåêîïèòàþùèõ (âïëîòü äî 8êëåòî÷íîé ñòàäèè) èäåíòè÷íû è îáëàäàþò íåîãðàíè÷åííûìè ïîòåíöèÿìè ê ðàçâèòèþ, òî åñòü îíè òîòèïîòåíòíû. Âïëîòü äî 8-êëåòî÷íîé ñòàäèè çàðîäûø îáëàäàåò ïîðàçèòåëüíîé ñïîñîáíîñòüþ ê ðåãóëÿöèè ðàçâèòèÿ, òî åñòü èç êàæäîãî åãî áëàñòîìåðà ìîæåò îáðàçîâàòüñÿ ïîëíîöåííîå æèâîòíîå. Åñëè îäíó èç êëåòîê 2-êëåòî÷íîãî çàðîäûøà ìûøè ðàçðóøèòü èãëîé, à îñòàâøèéñÿ íåïîëíûé çàðîäûø èìïëàíòèðîâàòü â ìàòêó äëÿ äàëüíåéøåãî ðàçâèòèÿ, òî â áîëüøîì ÷èñëå ñëó÷àåâ ðîäèòñÿ âïîëíå íîðìàëüíàÿ ìûøü. Äàæå îäèí áëàñòîìåð 3êëåòî÷íîãî çàðîäûøà êðîëèêà (äî êîìïàêòèçàöèè) ìîæåò óñïåøíî ðàçâèòüñÿ â ïîëíîöåííóþ âçðîñëóþ îñîáü. Âìåñòå ñ òåì ìîæíî îáúåäèíèòü äâà 8-êëåòî÷íûõ ýìáðèîíà ìûøè â îäíó ãèãàíòñêóþ ìîðóëó, êîòîðàÿ â ðåçóëüòàòå ðàçâèòèÿ îáðàçóåò ìûøü íîðìàëüíîãî ðàçìåðà. Áûëî òàêæå ïîêàçàíî, ÷òî òðè 4-êëåòî÷íûõ çàðîäûøà ìîãóò ñëèòüñÿ è îáðàçîâàòü

___________________________________________________________________________________

3-43


______________________________________________________________________________

îáùóþ êîìïàêòíóþ ìîðóëó. Èç òàêîé ìîðóëû ìîæåò ðàçâèòüñÿ ìûøü, ïîêðîâû êîòîðîé èìåþò ó÷àñòêè, îêðàøåííûå â öâåòà òðåõ ðàçíûõ ëèíèé. Æèâîòíûå, îðãàíèçì êîòîðûõ ñîñòîèò èç ãåíåòè÷åñêè ðàçëè÷íûõ êëåòîê, íàçûâàþòñÿ õèìåðàìè. Âûøåïåðå÷èñëåííûå æèâîòíûå ðàçâèëèñü èç àãðåãàòîâ ãåíåòè÷åñêè ðàçëè÷íûõ êëåòîê. Òàêèå õèìåðû íàçûâàþòñÿ àããðåãàöèîííûìè. Ñóùåñòâóþò åùå èíúåêöèîííûå õèìåðû. Îíè îáðàçóþòñÿ ïðè èíúåêöèè ðàííèõ áëàñòîìåðîâ èëè êëåòîê âíóòðåííåé êëåòî÷íîé ìàññû (íî íå òðîôîáëàñòà) â ðàííþþ áëàñòîöèñòó èíîãî ãåíîòèïà. Ââåäåííûå ÷óæåðîäíûå êëåòêè âêëþ÷àþòñÿ â ñîñòàâ ÂÊÌ ýìáðèîíàðåöèïèåíòà, è â ðåçóëüòàòå îáðàçóåòñÿ õèìåðíîå æèâîòíîå. Ïîëó÷åíèå õèìåð ïîñëå èíúåêöèè îäíîé êëåòêè ïîçâîëÿåò âûÿñíèòü, íàñêîëüêî òà èëè èíàÿ êëåòêà ñîõðàíÿåò ïîòåíöèè ê ðàçâèòèþ. Ñïîñîáíîñòü îáðàçîâàòü ïîëíîöåííûé çàðîäûø èç êëåòîê, êîòîðûå â íîðìå ó÷àñòâîâàëè áû â îáðàçîâàíèè òîëüêî åãî ÷àñòè, íàçûâàåòñÿ ðåãóëÿöèåé. Ðåãóëÿöèåé ÿâëÿåòñÿ òàêæå ñïîñîáíîñòü äâóõ èëè áîëüøåãî ÷èñëà ðàííèõ çàðîäûøåé îáðàçîâàòü îäíó õèìåðíóþ ìûøü. Òàêèì îáðàçîì, èíúåêöèîííûå è àãðåãàöèîííûå õèìåðû îáðàçóþòñÿ âñëåäñòâèå ñïîñîáíîñòè ðàííèõ çàðîäûøåé ê ðåãóëÿöèè ñâîåãî ðàçâèòèÿ. Èìåþòñÿ äàííûå â ïîëüçó òîãî, ÷òî àëîôåííàÿ ðåãóëÿöèÿ ìîæåò ïðîèñõîäèòü è ó ÷åëîâåêà. Îïèñàíû èíäèâèäóóìû, â îðãàíèçìå êîòîðûõ èìåþòñÿ êëåòêè äâóõ ðàçíûõ

ãåíåòè÷åñêèõ òèïîâ (XX è XY), êàæäûé èç êîòîðûõ îáëàäàåò ñîáñòâåííûì íàáîðîì ãåíåòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê. Ñàìîå ïðîñòîå îáúÿñíåíèå ñóùåñòâîâàíèÿ òàêîãî ÿâëåíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ýòè èíäèâèäóóìû âîçíèêëè â ðåçóëüòàòå ñëèÿíèÿ äâóõ çàðîäûøåé ìóæñêîãî è æåíñêîãî ïîëà, êîòîðûå ðàçâèâàëèñü îäíîâðåìåííî. Åñëè òàêîå îáúÿñíåíèå ïðàâèëüíî, òî â ýòèõ ñëó÷àÿõ äâà áëèçíåöà, áðàò è ñåñòðà, ñëèëèñü äëÿ îáðàçîâàíèÿ îäíîé õèìåðíîé îñîáè. 3.1.2.7. Ìîíîçèãîòíûå áëèçíåöû. Êàê óæå óïîìèíàëîñü, áëèçíåöîâ ÷åëîâåêà ðàçäåëÿþò íà äâå îñíîâíûå ãðóïïû: ìîíîçèãîòíûå (îäíîÿéöîâûå, èäåíòè÷íûå) è äèçèãîòèûå (äâóÿéöîâûåâûå, íåèäåíòè÷íûå) áëèçíåöû. Äèçèãîòíûå áëèçíåöû ðàçâèâàþòñÿ â ðåçóëüòàòå äâóõ íåçàâèñèìûõ ïðîöåññîâ îïëîäîòâîðåíèÿ, òîãäà êàê ìîíîçèãîòíûå ïðîèñõîäÿò èç îäíîãî çàðîäûøà, êëåòêè êîòîðîãî êàêèì-òî îáðàçîì ðàçäåëèëèñü, íàïðèìåð, âñëåäñòâèå ðàçäåëåíèÿ áëàñòîìåðîâ íà ðàííèõ ñòàäèÿõ èëè äàæå ðàçäåëåíèÿ ÂÊÌ íà äâå ÷àñòè â ïðåäåëàõ îäíîé áëàñòîöèñòû. Ïî-âèäèìîìó, òàê è ïðîèñõîäèò ðàçâèòèå ïðèìåðíî 0,25% äåòåé (÷àñòîòà ðîæäåíèÿ ìîíîçèãîòíûõ áëèçíåöîâ). Îêîëî 33% òàêèõ áëèçíåöîâ èìåþò äâà ïîëíîöåííûõ íåçàâèñèìûõ õîðèîíà, ÷òî óêàçûâàåò íà ðàçäåëåíèå çàðîäûøà åùå äî îáðàçîâàíèÿ òðîôîáëàñòà (íà 5-å ñóò. áåðåìåííîñòè). Ó îñòàâøèõñÿ 67% èäåíòè÷íûõ

___________________________________________________________________________________

3-44


______________________________________________________________________________

áëèçíåöîâ õîðèîí îáùèé. Â ýòèõ ñëó÷àÿõ ïðîèçîøëî ðàçäåëåíèå ÂÊÌ ïîñëå îáðàçîâàíèÿ òðîôîáëàñòà. Ê 3-òè ñóò. çàðîäûø ÷åëîâåêà çàâåðøàåò ôîðìèðîâàíèå äðóãîãî âíåçàðîäûøåâîãî îáðàçîâàíèÿ àìíèîíà. Èç ýòîé òêàíè îáðàçóåòñÿ àìíèîòè÷åñêèé ìåøîê (èëè âîäíàÿ îáîëî÷êà), çàïîëíåííûé àìíèîòè÷åñêîé æèäêîñòüþ. Îí îêðóæàåò çàðîäûø è çàùèùàåò åãî îò îáåçâîæèâàíèÿ è ïîñëåäñòâèé ðåçêèõ äâèæåíèé. Ó 2/3 èäåíòè÷íûõ áëèçíåöîâ ðàçäåëåíèå çàðîäûøà ïðîèñõîäèò ìåæäó îáðàçîâàíèåì õîðèîíà (íà 5-å ñóò.) è àìíèîíà (íà 3-å ñóò.). Íåáîëüøîé ïðîöåíò áëèçíåöîâ èìååò îáùèé õîðèîí è îáùèé àìíèîí. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ðàçäåëåíèå çàðîäûøà ïðîèçîøëî ïîñëå 9-òè ñóò. áåðåìåííîñòè. Òàêèå íîâîðîæäåííûå ðèñêóþò îêàçàòüñÿ ñðîñøèìèñÿ ìåæäó ñîáîé («ñèàìñêèå áëèçíåöû»).

òðîôîáëàñòè÷åñêèé ïóçûðåê. Ïðè òðàíñïëàíòàöèè åãî â ìàòêó êëåòêè ÒÝ, ëèøåííûå ñâÿçè ñ ÂÊÌ, íå ïðîëèôåðèðóþò, â íèõ ïðîèñõîäèò ýíäîðåäóïëèêàöèÿ ÄÍÊ è îíè ïðåâðàùàþòñÿ â ïåðâè÷íûå ãèãàíòñêèå êëåòêè òðîôîáëàñòà, êîòîðûå èíäóöèðóþò â ìàòêå äåöèäóàëüíóþ ðåàêöèþ, à çàòåì ðåçîðáèðóþòñÿ. Èç âòîðîé ïîëîâèíêè áëàñòîöèñòû, ñîäåðæàùåé ïîëÿðíóþ ÒÝ è ÂÊÌ, in vitro ôîðìèðóåòñÿ «ìèíèáëàñòîöèñòà». Ïðè òðàíñïëàíòàöèè åå â ìàòêó ïðîèñõîäèò íîðìàëüíàÿ èìïëàíòàöèÿ è ðàçâèòèå çàðîäûøà ìîæåò çàâåðøèòüñÿ ðîæäåíèåì íîðìàëüíîãî ìûøîíêà. Åñëè ðàçðåçàòü áëàñòîöèñòó ïî ìåðèäèàíó, åå ïîëîâèíêè in vitro âîññòàíàâëèâàþò öåëîñòíîñòü è èç êàæäîé òàêîé «ïîëîâèíêè» ìîæíî ïîëó÷èòü íîðìàëüíîãî ìûøîíêà. Â íîðìå ïîä èíäóêöèîííûì âëèÿíèåì ÂÊÌ êëåòêè ïîëÿðíîé ÒÝ ïðîäîëæàþò ïðîëèôåðèðîâàòü è èç íèõ 3.1.2.8.Ïðîñïåêòèâíûå ïîòåíöèè ôîðìèðóåòñÿ âíåçàðîäûøåâàÿ ðàçëè÷íûõ ÷àñòåé áëàñòîöèñòû. ýêòîäåðìà è ýêòîïëàöåíòàðíûé êîíóñ. Ïðè îòñóòñòâèè âîçäåéñòâèÿ ÂÊÌ, êàê Â áëàñòîöèñòå ðàçëè÷àþò äâà óæå ãîâîðèëîñü, ÒÝ òðàíñôîðìèðóåòñÿ ðàéîíà ÒÝ; ðàéîí, êîòîðûé ïîêðûâàåò â ïåðâè÷íûå ãèãàíòñêèå êëåòêè ïîëþñ ñ ÂÊÌ, íàçûâàåòñÿ ïîëÿðíîé òðîôîáëàñòà, è â íîðìå ýòî ÒÝ, òîãäà êàê ðàéîí, êîòîðûé ïðîèñõîäèò â òåõ ðàéîíàõ ÒÝ, êîòîðûå ãðàíè÷èò ñ áëàñòîöåëåì, íàçûâàåòñÿ îòäàëåíû îò ÂÊÌ (ìóðàëüíàÿ ÒÝ). ìóðàëüíîé ÒÝ . 3) Èçîëèðîâàííûå ÂÊÌ íå ìîãóò Äëÿ íîðìàëüíîãî ðàçâèòèÿ ðàçâèòüñÿ â çàðîäûø áåç îêðóæåíèÿ ïîëíîöåííîãî çàðîäûøà íåîáõîäèìû ÒÝ, ò.ê. íå ñïîñîáíû ê èìïëàíòàöèè è âçàèìîäåéñòâèÿ ÂÊÌ è ÒÝ, ÷òî ê îáðàçîâàíèþ ïîëíîöåííûõ çàðîäûâûòåêàåò èç ñëåäóþùèõ ôàêòîâ: øåâûõ îáîëî÷åê. 1) Áåç ÂÊÌ íå ìîæåò îáðàçîâàòüñÿ ÂÊÌ ñïîñîáíû in vitro òåëî çàðîäûøà. òðàíñôîðìèðîâàòüñÿ â ïîëèïîòåíòíûå 2) Åñëè ðàçðåçàòü áëàñòîöèñòó ïî ýìáðèîíàëüíûå ñòâîëîâûå êëåòêè (ESýêâàòîðó è îòäåëèòü ìóðàëüíóþ ÒÝ, cells, embrionic steam cells). À åñëè îíà îáðàçóåò in vitro èíúåöèðîâàòü ÂÊÌ â áëàñòîöèñòó

___________________________________________________________________________________

3-45


______________________________________________________________________________

Òàáëèöà 3.1. Ïîñëåäîâàòåëüíûå ñòàäèè íîðìàëüíîãî ðàçâèòèÿ êðûñû è ìûøè è âðåìÿ èõ íàñòóïëåíèÿ. Ñðîêè

Ñòàäèÿ

áåðåìåííîñòè (ñóò.) 1.Ñòàäèÿ çèãîòû. Îäíîêëåòî÷íûå çàðîäûøè ðàñïîëàãàþòñÿ â àìïóëå ÿéöåâîäà. 2.Ñòàäèÿ 2 áëàñòîìåðîâ. Çàðîäûøè â âåðõíåé òðåòè ÿéöåâîäà. 3.Ñòàäèÿ 4 áëàñòîìåðîâ. Çàðîäûøè â ñðåäíåé òðåòè ÿéöåâîäà. 4.Ñòàäèÿ 8 áëàñòîìåðîâ. Çàðîäûøè â íèæíåé òðåòè ÿéöåâîäà. 5.Ñòàäèÿ ìîðóëû. 16-32 êëåòî÷íûå çàðîäûøè ïåðåõîäÿò â ìàòêó. 6.Ñòàäèÿ îäíîñëîéíîé áëàîòîöèñòû. Çàðîäûøè (áëàñòîöèñòû) ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà ýìáðèîáëàñò (ÂÊÌ) è òðîôîáëàñò. Ñòåíêà áëàñòîöèñòû èç îäíîãî ñëîÿ êëåòîê òðîôýêòîäåðìû (òðîôîáëàñòà). Ýìáðèîáëàñò íå äèôôåðåíöèðîâàí. 7.Ñòàäèÿ äâóõñëîéíîé áëàñòîöèñòû (èëè äâóõ çàðîäûøåâûõ ëèñòêîâ). Çàðîäûøè òåðÿþò áëåñòÿùóþ îáîëî÷êó è èìïëàíòèðóþòñÿ. Â ýìáðèîáëàñòå îáîñîáèëèñü íàðóæíûé (ïåðâè÷íàÿ ýêòîäåðìà èëè ýïèáëàñò) è âíóòðåííèé (ïåðâè÷íàÿ ýíòîäåðìà èëè ãèïîáëàñò) çàðîäûøåâûå ëèñòêè. 8.Ñòàäèÿ äâóõñëîéíîãî çàðîäûøåâîãî öèëèíäðà. Âîçíèêàåò ïðîàìíèîòè÷åñêàÿ ïîëîñòü. Ýêòîäåðìà è ýíòîäåðìà ðàçäåëåíû íà çàðîäûøåâûå è âíåçàðîäûøåâûå ÷àñòè. Äèñòàëüíàÿ ýíòîäåðìà îáðîñëà áëàñòîöåëü. Çàâåðøàåòñÿ èìïëàíòàöèÿ. 9.Ñòàäèÿ ïåðâè÷íîé ïîëîñêè è òðåõ- ñëîéíîãî çàðîäûøåâîãî öèëèíäðà. Îáðàçîâàëàñü ïåðâè÷íàÿ ïîëîñêà, çàêëàäûâàåòñÿ âíåçàðîäûøåâàÿ è çàðîäûøåâàÿ ìåçîäåðìà (òðåòèé çàðîäûøåâûé ëèñòîê). Â òåëå çàðîäûøà èìååòñÿ ïðîàìíèîòè÷åñêàÿ ïîëîñòü. 10-22. Îðãàíîãåíåç. 23.Ñòàäèÿ ðîæäåíèÿ ñôîðìèðîâàííîãî ïëîäà. Ýìáðèîíàëüíûé ïåðèîä çàêîí÷åí. 24.Ñòàäèÿ íîâîðîæäåííîñòè. Îäíîäíåâíûå äåòåíûøè ãîëûå, ìîðùèíèñòûå, âåêè ñîìêíóòû, ïèòàþòñÿ ìîëîêîì ìàòåðè.

êîíòðàñòèðóþùåãî ãåíîòèïà, òî îíè îáíàðóæèâàþòñÿ â ñîñòàâå ðàçíûõ îðãàíîâ è òêàíåé ãåíåòè÷åñêèõ õèìåð, ÷òî ãîâîðèò îá èõ ïîëèïîòåíòíîñòè. Íè â îäíîì ñëó÷àå íå áûëè ïîëó÷åíû ïîäîáíûå ðåçóëüòàòû, åñëè â áëàñòîöèñòû-ðåöèïèåíòû èíäóöèðîâàëè ÒÝ êëåòêè îò äðóãèõ áëàñòîöèñò. Ýòè êëåòêè

êðûñû

ìûøè

1

1

2 2,5 3 4 5

1,5 2,5 3 3,5 4,5

6

5,5

7

6

8

6,5

21

19

îäíè ñóòêè ïîñëå ðîæäåíèÿ

îáíàðóæèâàëèñü òîëüêî â ñîñòàâå òðîôýêòîäåðìû è åå ïðîèçâîäíûõ. Òàêèì îáðàçîì ÒÝ è ÂÊÌ - äâå ðàçëè÷íûå êëåòî÷íûå ïîïóëÿöèè, êîòîðûå íå ìîãóò ïðåâðàùàòüñÿ äðóã â äðóãà. Ïðè÷åì ÂÊÌ ñîõðàíÿåò ñïîñîáíîñòü ê òêàíåâûì äèôôåðåíöèðîâêàì òåëà çàðîäûøà, â îòëè÷èè îò ÒÝ.

___________________________________________________________________________________

3-46


______________________________________________________________________________

Íà 4,5 ñóò. çàðîäûøè ìûøåé ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ïîçäíèå áëàñòîöèñòû ( òàáëèöà 3.1). ÂÊÌ â íèõ äèôôåðåíöèðóþòñÿ íà çïèáëàñò (ðàííÿÿ ïåðâè÷íàÿ ýêòîäåðìà) è ãèïîáëàñò (ïåðâè÷íàÿ ýíòîäåðìà), êîòîðûé ãðàíè÷èò ñ áëàñòîöåëåì. Ýòè äâå êëåòî÷íûõ ïîïóëÿöèè òàêæå íå ìîãóò äåäèôôåðåíöèðîâàòüñÿ è ïðåâðàùàòüñÿ äðóã â äðóãà. Èç ãèïîáëàñòà ìîæåò âîçíèêíóòü òîëüêî âíåçàðîäûøåâàÿ ýíòîäåðìà. Èç ýïèáëàñòà ìîãóò ñôîðìèðîâàòüñÿ: 1) ñîìàòè÷åñêèå è ïîëîâûå êëåòêè çàðîäûøà; 2) àìíèîí, àëëàíòîèñ è ìåçîäåðìà æåëòî÷íîãî ìåøêà.

êëåòîê, ÿâëÿþùèõñÿ çà÷àòêîì âíóòðåííåãî çàðîäûøåâîãî ëèñòêà (ýíòîäåðìû). Îñòàëüíàÿ ÷àñòü ÂÊÌ ñîñòàâëÿåò çà÷àòîê ñîáñòâåííî ýêòîäåðìû, Êðàåâûå êëåòêè èíòåíñèâíî ïðîëèôåðèðóþùåé ýíòîäåðìû ïåðåìåùàþòñÿ ïî âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè òðîôîáëàñòà, îáðàçóÿ ñòåíêó ïåðâè÷íîãî æåëòî÷íîãî ìåøêà, êîòîðàÿ òåñíî ïðèëåãàåò ê òðîôîáëàñòè÷åñêîìó ñëîþ. Ñòåíêà áëàñòîöèñòû, òàêèì îáðàçîì, íà ýòîé ñòàäèè ñòàíîâèòñÿ äâóõñëîéíîé, ïîëîñòü áëàñòîöèñòû ïðåâðàùàåòñÿ â ïîëîñòü æåëòî÷íîãî ìåøêà. Íà ïîâåðõíîñòè áëàñòîöèñòû îáíàðóæèâàþòñÿ ïåðâûå ãèãàíòñêèå êëåòêè òðîôîáëàñòà. Â ìåñòàõ ïðèëåãàíèÿ Ïðèìå÷àíèÿ è äîïîëíåíèÿ (òàáëèöà áëàñòîöèñòû ê ñëèçèñòîé ìàòêè 3.1). ýïèòåëèé ìàòêè èñ÷åçàåò. Òðîôîáëàñòè÷åñêèå êëåòêè Ñ ò à ä è ÿ 6 . Î ä í î ñ ë î é í û å áëàñòîöèñòû îêàçûâàþòñÿ â áëàñòîöèñòû ðàñïðåäåëÿþòñÿ ïî äëèíå íåïîñðåäñòâåííîé ñâÿçè ñ òêàíüþ ìàòêè ïðèáëèçèòåëüíî íà ðàâíûõ ìàòêè. ðàññòîÿíèÿõ äðóã îò äðóãà. Â ó÷àñòêàõ Ñòàäèÿ 8. Ñ íà÷àëîì èìïëàíòàöèè ìàòêè, ãäå îñòàíàâëèâàþòñÿ ðåçêî óâåëè÷èâàåòñÿ ïîëîñòü æåëáëàñòîöèñòû, ðàçûãðûâàþòñÿ áóðíûå òî÷íîãî ìåøêà, çàòåì íà÷èíàåòñÿ ìîðôîãåíåòè÷åñêèå ïðîöåññû. Ñîñóäû áóðíûé ðîñò ÂÊÌ è ê ñòàäèè 8 çàìåòíî ðàñøèðÿþòñÿ, â ñëèçèñòîé îáðàçóåòñÿ óäëèíåííûé òàê îáîëî÷êå ìàòêè ðåçêî âîçðàñòàåò ñèíòåç íàçûâàåìûé ÿéöåâîé öèëèíäð. Îí ÄÍÊ, óñèëèâàþòñÿ ïðîëèôåðàòèâíûå ñîñòîèò èç äâóõ çàðîäûøåâûõ ëèñòêîâ ïðîöåññû. Â òî âðåìÿ, êîãäà - âíóòðåííåé ìàññû ýêòîäåðìàëüíûõ áëàñòîöèñòû åùå ñâîáîäíî ëåæàò â êëåòîê è íàðóæíîãî ñëîÿ ïîëîñòè ìàòêè, âñå ýòè èçìåíåíèÿ ýíòîäåðìàëüíûõ êëåòîê. Ò.å. ïðèâîäÿò ê ëîêàëüíûì íàáóõàíèÿì åå ïðîèñõîäèò èíâåðñèÿ çàðîäûøåâûõ ñëèçèñòîé, ò.å. ê îáðàçîâàíèþ ìåñò ëèñòêîâ. Âñÿ ýíòîäåðìà, âûñòèëàþùàÿ èìïëàíòàöèè áóäóùèõ ïîëîñòü æåëòî÷íîãî ìåøêà, ïëîäîâìåñòèëèù. ðàçäåëÿåòñÿ íà äèñòàëüíóþ, Ñòàäèÿ 7. Ñòàäèÿ ïîçäíåé (2-õ ïðèëåæàùóþ ê ñòåíêå òðîôîáëàñòà, è ñëîéíîé) áëàñòîöèñòû. Îò íèæíåé ïî- ïðîêñèìàëüíóþ, ïîêðûâàþùóþ âåðõíîñòè èíòåíñèâíî ÿéöåâîé öèëèíäð. Ýêòîäåðìà ñîñòîèò ïðîëèôåðèðóþùåé ÂÊÌ èç äâóõ ÷àñòåé - äîðñàëüíîé (âåðõíåé), (ýìáðèîáëàñòà) îáîñîáëÿåòñÿ ñëîé êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ âíåçàðîäûøåâîé

___________________________________________________________________________________

3-47


______________________________________________________________________________

ýêòîäåðìîé è èìååò òðîôýêòîäåðìàëüíîå ïðîèñõîæäåíèå, è âåíòðàëüíîé - êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ ýêòîäåðìîé ñîáñòâåííî çàðîäûøà. Âî âñåé ýêòîäåðìå çàðîäûøåâîãî öèëèíäðà îáíàðóæèâàåòñÿ äëèííàÿ óçêàÿ ùåëü ïðîàìíèîòè÷åñêàÿ ïîëîñòü. Äîðñàëüíàÿ âíåçàðîäûøåâàÿ ýêòîäåðìà â íàðóæíîé ñâîåé ÷àñòè îáðàçóåò ýêòîïëàöåíòàðíûé êîíóñ. Ñàìûé äîðñàëüíûé ó÷àñòîê åãî ðàçðûõëåí, ïðîìåæóòêè ìåæäó òÿæàìè êëåòîê èíôèëüòðèðîâàíû ìàòåðèíñêîé êðîâüþ. Íà ýòîé ñòàäèè èìïëàíòàöèÿ çàâåðøàåòñÿ. Äàííûå ïîëíîñòüþ ïðèëîæèìû òîëüêî ê ýìáðèîãåíåçó ìûøåâèäíûõ ãðûçóíîâ. Äðóãèå ìëåêîïèòàþùèå ñõîäíû íà ñòàäèè ðàííèõ áëàñòîöèñò, à ïîòîì âîçíèêàþò ñóùåñòâåííûå èçìåíåíèÿ, õàðàêòåðíûå äëÿ êàæäîãî âèäà. Íàèáîëåå ÿðêèé ïðèìåð - ñâèíüè: íà 3-16 ñóò. áëàñòîöèñòû ñâèíåé óâåëè÷èâàþòñÿ áîëåå ÷åì â 300 ðàç è èç íåáîëüøîãî ñôåðè÷åñêîãî ïóçûðüêà ïðåâðàùàþòñÿ â íèòåâèäíóþ òðóáêó äëèíîé áîëåå, ÷åì 1 ìåòð (íà 13 ñóò. 157 ñì), òîëüêî íåáîëüøîé ó÷àñòîê êîòîðîé çàíÿò ýìáðèîíàëüíûì äèñêîì. Ëèøü ïîñëå ýòîãî ïðîèñõîäèò èìïëàíòàöèÿ. 3.1.2.9. Ïðåîáðàçîâàíèå áëàñòîöèñòû â çàðîäûøåâûé öèëèíäð. Ïðåîáðàçîâàíèå áëàñòîöèñòû â çàðîäûøåâûé öèëèíäð ïðîèñõîäèò ïî õîäó èìïëàíòàöèè (òàáëèöà 3.2). Áëàñòîöèñòà ÿâëÿåòñÿ ñòàäèåé ðàçâèòèÿ, ïðèñïîñîáëåííîé äëÿ èìïëàíòàöèè, è ñâîéñòâåííà ýìáðèîãåíåçó âñåõ ìëåêîïèòàþùèõ.

Áëàñòîöèñòà íå ãîìîëîãè÷íà ãàñòðóëå. Ñ ãàñòðóëîé íèçøèõ ïîçâîíî÷íûõ íóæíî ñîïîñòàâëÿòü íå áëàñòîöèñòó ìëåêîïèòàþùèõ, à ýìáðèîí, â êîòîðîì ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå çàðîäûøåâûõ ëèñòêîâ. Ýòà ñòàäèÿ ðàçâèòèÿ â ýìáðèîãåíåçå ìûøåâèäíûõ ãðûçóíîâ íîñèò íàèìåíîâàíèå çàðîäûøåâîãî (ÿéöåâîãî) öèëèíäðà. Êàê ïðîèñõîäèò ïðåîáðàçîâàíèå áëàñòîöèñòû â çàðîäûøåâûé öèëèíäð? Â òî âðåìÿ, êîãäà çàðîäûø ïåðåìåùàåòñÿ ïî ÿéöåâîäó ïî íàïðàâëåíèþ ê ìàòêå, áëàñòîöèñòà óâåëè÷èâàåòñÿ â îáúåìå. Ýòî ïðîèñõîäèò, êàê óæå óïîìèíàëîñü, áëàãîäàðÿ íàëè÷èþ â ïëàçìàòè÷åñêèõ ìåìáðàíàõ êëåòîê ÒÝ íàòðèåâîãî íàñîñà. Â ïåðèîä ïåðåìåùåíèÿ çàðîäûøåé áîëüøîå çíà÷åíèå èìååò òîò ôàêò, ÷òî ïðîçðà÷íàÿ îáîëî÷êà ïðåäîòâðàùàåò ïðèëèïàíèå áëàñòîöèñòû ê ñòåíêàì ÿéöåâîäà. Ó ÷åëîâåêà òàêîå ïðèëèïàíèå âûçûâàåò òàê íàçûâàåìóþ «òðóáíóþ áåðåìåííîñòü». Ýòî îïàñíîå ÿâëåíèå, ïîñêîëüêó èìïëàíòàöèÿ çàðîäûøà â ÿéöåâîä ìîæåò âûçâàòü óãðîæàþùåå æèçíè êðîâîòå÷åíèå. Îäíàêî, êîãäà çàðîäûø äîñòèãàåò ìàòêè, îí äîëæåí îñâîáîäèòüñÿ îò ïðîçðà÷íîé îáîëî÷êè äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðèêðåïèòüñÿ ê ñòåíêå ìàòêè. Ïðîöåññ îñâîáîæäåíèÿ îò áëåñòÿùåé îáîëî÷êè ýìáðèîëîãè íàçûâàþò «âûëóïëåíèåì» áëàñòîöèñòû. Ýòî ïðîèñõîäèò ïóòåì ëèçèñà â îáîëî÷êå íåáîëüøîãî îòâåðñòèÿ, ÷åðåç êîòîðîå áëàñòîöèñòà êàê áû âûäàâëèâàåòñÿ ïðè óâåëè÷åíèè ñâîåãî îáúåìà. Îäíà èç êëåòîê ìóðàëüíîé ÒÝ îáðàçóåò âûðîñò, ïðè ïîìîùè êîòîðîãî îíà «äîòÿãèâàåòñÿ»

___________________________________________________________________________________

3-48


______________________________________________________________________________

äî áëåñòÿùåé îáîëî÷êè. Íà ïëàçìàòè÷åñêîé ìåìáðàíå ýòîãî âûðîñòà ëîêàëèçîâàíà òðèïñèíîïîäîáíàÿ ïðîòåàçà, ñòðèïñèí, îíà è ëèçèðóåò îòâåðñòèå â îáîëî÷êå. Îñâîáîäèâøèñü îò îáîëî÷êè, áëàñòîöèñòà ìîæåò âñòóïèòü â íåïîñðåäñòâåííûé êîíòàêò ñî ñòåíêîé ìàòêè. Ýòà ôàçà - àäãåçèÿ è âíåäðåíèå áëàñòîöèñòû â ñëèçèñòóþ ìàòêè íàçûâàåòñÿ îáùèì òåðìèíîì èìïëàíòàöèÿ. Äëÿ òîãî, ÷òîáû áëàñòîöèñòà ìîãëà ïîãðóçèòüñÿ â ñòåíêó ìàòêè, òðîôîáëàñò ñåêðåòèðóåò äðóãóþ òðèïñèíîïîäîáíóþ ïðîòåàçó, àêòèâàòîð ïëàçìèíîãåíà, êîòîðûé íåîáõîäèì äëÿ ðàçðóøåíèÿ òêàíè ìàòêè. Âîçíèêàþùàÿ ïðè ýòîì òåñíàÿ ñâÿçü òðîôýêòîäåðìû ñ ýïèòåëèåì ìàòêè îêàçûâàåò âëèÿíèå íà ðîñò çàðîäûøà è íà ìîðôîãåíåòè÷åñêèå ïðîöåññû, â ðåçóëüòàòå êîòîðûõ ïðîèñõîäèò ïðåîáðàçîâàíèå áëàñòîöèñòû â çàðîäûøåâûé öèëèíäð. Ðåøàþùåå çíà÷åíèå â ïðåîáðàçîâàíèÿõ áëàñòîöèñòû â ÿéöåâîé öèëèíäð èãðàþò ðàçëè÷èÿ â ïðîëèôåðàòèâíîé àêòèâíîñòè ïîëÿðíîé è ìóðàëüíîé òðîôýêòîäåðìû. Ðàññìîòðèì íàèáîëåå ïðèåìëåìóþ è íåïðîòèâîðå÷èâóþ â íàñòîÿùåå âðåìÿ ìîäåëü ôîðìèðîâàíèÿ ÿéöåâîãî (çàðîäûøåâîãî) öèëèíäðà. Íà ñòàäèè òðåõñëîéíîãî çàðîäûøåâîãî öèëèíäðà (6,3 - 7,5 ñóò.) èç çïèáëàñòà ôîðìèðóþòñÿ òðè çàðîäûøåâûõ ëèñòêà: äåôèíèòèâíûå ýêòîäåðìà, ýíòîäåðìà è ìåçîäåðìà çàðîäûøà. Ó áîëüøèíñòâà ïîçâîíî÷íûõ êîëè÷åñòâî êëåòîê, íåîáõîäèìûõ äëÿ ãàñòðóëÿöèè, äîëæíî áûòü äîñòàòî÷íî

âåëèêî: íàïðèìåð, ó àìôèáèé áîëåå 5.000, à ó ïòèö áîëåå 80.000. Ó ìëåêîïèòàþùèõ çàðîäûøè íà ñòàäèè ðàííèõ ÿéöåâûõ öèëèíäðîâ ñîñòîÿò èç íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà êëåòîê (ó ìûøåé èç 500 - 600). Íî ÷åðåç 24 ÷àñà êîëè÷åñòâî êëåòîê ó çàðîäûøà ìûøè äîñòèãàåò 12.000 - 15.000, ò.å. â ïðîöåññå ãàñòðóëÿöèè ðåçêî ïîâûøàåòñÿ ñêîðîñòü ïðîëèôåðàöèè êëåòîê. Îäíîâðåìåííî îñóùåñòâëÿþòñÿ ìîðôîãåíåòè÷åñêèå ïåðåìåùåíèÿ êëåòîê, òî åñòü âûäåëÿþòñÿ çàðîäûøåâûå ëèñòêè. Ñïèñîê ðåêîìåíäóåìîé ëèòåðàòóðû

Äûáàí À.Ï. Ðàííåå ðàçâèòèå ìëåêîïèòàþùèõ. Íàóêà, Ëåíèíãðàä, 1988. Êîðî÷êèí Ë.È. Âçàèìîäåéñòâèå ãåíîâ â ðàçâèòèè. Íàóêà, Ìîñêâà, 1977. Hogan B., Constantini F., Lacy E. Manipulating the Mouse Emebryo. Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1986.

___________________________________________________________________________________

3-49

Генетика развития

Recommend Documents