Молекулярная биология клетки. Том 4 - Албертс Б.
Скачать (прямая ссылка):
Наиболее убедительные данные о том, что несмотря на видимое изменение клеток при их диффереицировке, сам геном остается у них неизменным, были получены в опытах с пересадкой ядер в яйца амфибий (рис. 15-24). Размеры этих яиц позволяют инъецировать в них с помощью стеклянной микропипетки ядра, взятые из других клеток. Ядро самого яйца предварительно разрушают, облучая ультрафиолетом. Укол микропипеткой побуждает яйцо к началу развития. Таким образом можно проверить, содержит ли ядро дифференцированной соматической клетки полный геном, равноценный геному оплодотворенного яйца и способный обеспечить нормальное развитие зародыша. Ответ оказался утвердительным; например, после замены собственного ядра яйцеклетки ядром дифференцированной клетки кишечного эпите-
Рис. 15-24. Представленный на этой схеме эксперимент показывает, что ядро дифференцированной клетки из кишки головастика содержит полный набор генов, не обходимых для развития нормальной лягушки. (J. В. Gurdon. Gene Expression during Cell Differentiation, Oxford, Eng., Oxford University Press, 1973.)
Нормальная бластула
лия головастика из такой яйцеклетки удавалось вырастить нормальную лягушку, способную производить потомство. Такие эксперименты связаны с техническими трудностями, и было бы желательно повторить их на разных видах животных и использовать прн этом более широкий круг дифференцированных клеток. Но уже, по-видимому, ясно, что сохранение полного генома в ходе развития является правилом.
Из этого правила известно несколько исключений. Например, у некоторых беспозвоночных часть хромосом, имеющихся в половых клетках, в соматических клетках утрачивается уже на раннем этапе развитня.У некоторых других животных (в том числе у Xenopus laevis) в ооцитах происходит избирательная репликация генов рибосомной РНК, а у личинок некоторых насекомых имеет место неравномерная полнтенизация хромосом, так что определенные гены амплифицируются больше других (см. гл. 8). У млекопитающих синтез иммуноглобулинов в лимфоцитах происходит после сплайсинга фрагментов ДНК, которые вначале расположены в геноме этих специализированных клеток в разных местах (см. гл. 17). Возможно, что применение мощных методов анализа, основанных на клонировании генов, позволит выявить новые примеры локальных транспозиций и перестроек участков ДНК в клетках определенных типов.
, т
Ядро ИНТ. L*;/ ; / Vy цировано ЧгеЩдШвУ в яйцо
15.4.1. У высших эукариот неведение клеток зависит не только от их генома и окружающей среды, ио и от их предыстории
Эксперименты с пересадкой ядер показывают, что возникновение различий в процессе дифференцировки клеток обусловлено, как правило, не изменения-
мн в геноме, к изменением состава молекул, связанных с геномом. Нужно особо подчеркнуть этот общий принцип, так как у дифференцировки имеется ряд черт, которые можно было бы принять за следствие генетических мутаций. В частности, как мы уже говорили, состояние дифференцировки наследуется: потомки дифференцированных клеток обычно сохраняют все свойства, характерные для родительских клеток.
Различия между клетками определяются разными влияниями, которым клетки подверглись в эмбрионе; сохранение этих различий обусловлено способностью клеток каким-то образом закреплять эффекты этих прошлых воздействий и передавать их своим потомкам. Даже простейшая из бактерий в ответ на изменение окружающей среды способна быстро изменить свою химическую активность. Клетки высших животных устроены значительно сложнее, их поведение определяется не только геномом и тем окружением, в котором они находятся сейчас, но также их прошлой историей.
15.4.2. Будущая специализация клеток определяется задолго
до появления внешних признаков дифференцнронки [20]
Клеточная память играет ключевую роль в развитии и поддержании сложной дифференцировки, характерной для многоклеточных организмов. Механизмы этой памяти большей частью не известны, но они основаны, вероятно, на функционировании каких-то положительных обратных связей во внутриклеточной системе, регулирующей активность генов. В главе 8 уже приводились доводы в пользу этого предположения и был подробно рассмотрен ряд возможных механизмов.
Наиболее известный факт, говорящий о существовании клеточной памяти-это стойкое сохранение дифференцированного состояния клеток во взрослом организме (см. гл. 16). Благодаря клеточной памяти неделящиеся клетки (например, нейроны) сохраняют свои характерные особенности, а делящиеся передают их потомкам. Однако дифференцировка, проявляющаяся внешне-это обычно лишь последний этап длительного процесса. Благодаря клеточной памяти стимулы, направляющие клетку на тот или иной путь дифференцировки, могут оказывать свое действие значительно раньше. Например, в сомитах некоторые клетки на очень раннем этапе специализируются как предшественники мышечных клеток, а затем мигрируют из сомитов в те участки, где будут формироваться конечности (подробнее см. в разд. 15.9.3). Эти предшественники еще не содержат больших количеств специализированных сократительных белков, характерных для зрелых мышечных волокон; они даже внешне не отличаются от других клеток зачатка конечности, которые происходят не из сомитов. Только через несколько дней они приобретают внешние признаки дифференцировки и начинают интенсивно синтезировать специфические мышечные белки. Остальные клетки будущей конечности, расположенные здесь же, дифференцируются в элементы соединительной ткани. Следовательно, выбор программы развития в мышечную клетку или же в соединительнотканную клетку произошел задолго до того, как это проявилось во внешней дифференцировке. Вероятно, эта программа была записана в клетках в виде менее явных химических изменений.
