Молекулярная биология клетки - Албертс Б.
ISBN 5-03-001985-5
Скачать (прямая ссылка):
предшественников определенного типа клеток, тем не менее это правило в
общем не соблюдается ни для нематод, ни для других животных. Таким
образом, у С. elegans (кроме клеток кишечника и половых клеток) клетки
каждого из дифференцированных типов, например клетки гиподермы, нервные,
мышечные и клетки гонад, происходят не от одной, а от нескольких клеток-
"основательниц", которые возникли в независимых ветвях генеалогического
древа (см. рис. 16-32). Следовательно, клетки, обладающие сходными
признаками, не обязательно должны быть близкородственными. Напротив (хотя
и редко), близкородственными могут оказаться клетки, различающиеся по
множеству признаков: так. у С. elegans некоторые нейроны являются
сестринскими по отношению к мышечным клеткам.
Следовательно, наша задача состоит в гом, чтобы понять внутренние
правила, действующие в каждой из ветвей генеалогического древа, в
соответствии с которыми возникает серия клеточных типов, представленных
определенным числом клеток.
[29]
16.3.3. Гены, контролирующие развитие, детализируют программу,
управляющую клеточной генеалогией нематод
В процессе развития клетка, подобно компьютеру, совершает выбор различных
возможностей: делиться или не делиться, превратиться
89
я*цо
Следует отметить, что клетки кишечника образуют только один клон (как и
клетки зародышевой линии), тогда как в большинстве других тканей
клетки могут давать начало нескольким клонам.
в нейрон или в мышечную клетку, стать предшественницей той или этой ветви
генеалогического древа. Чтобы понять механизм такого выбора необходимо
идентифицировать соответствующие гены. Мутации в этих генах обусловливают
нарушение развития, но это не единственный вид мутаций, приводящих к
подобным последствиям. Так, некоторые мутации жизненно важных генов могут
"укоротить" родословное древо, вызвав преждевременную гибель эмбриона.
Мутации в генах, определяющих синтез специализированных белков, приводят
к тому, что при внешне нормальном строении тела некоторые типы
дифференцированных клеток будут функционировать аномально. В отличие от
всех вышеперечисленных случаев мутации генов, затрагивающих выбор
программ развития, приводят к нарушению общего плана строения тела: в
результате нормальные дифференцированные клетки будут располагаться в
организме аномально. Нарушение генеалогического древа может выражаться и
в появлении аномального количества определенных клеток. Все перечисленные
типы мутаций позволяют идентифицировать гены, контролирующие развитие
(рис. 16-33).
Мутации некоторых контролирующих генов приводят к замене одного типа
клеток другим на последних этапах реализации программы развития. В данных
случаях происходит изменение выбора, сделанного на более ранних стадиях,
гак что одна ветвь древа полностью замещается другой. Как показано на
рис. 16-34, определенный тип развития может воспроизводиться с высокой
частотой на нескольких независимых ветвях родословного древа. Такой
феномен предполагает существование некой стандартной схемы, реализуемой в
различных условиях. В целом возникает ощущение, что каждая из ветвей
генеалогического древа контролируется сложной комбинацией генов,
90
Время
D Е
Норме
D Е
Мутей? по оыбору клеточного г*пд
Мутант по
асимметричному
делению
I
I
;д
D Е
D Е
D Е
V)>T***? пи ма"ерински дочерним ралличинм
Рис. 16-33. Простой фрагмент родословной клеток и некоторые типы
вариаций, которые могут происходить вследствие мутаций генов,
контролирующих развитие. Анализ мутантных фенотипов позволяет определить
в чем состояла нормальная функция мутировавших генов.
Буквенные обозначения указывают внутреннее состояние клетки.
многие из которых задействованы и в контроле других ветвей.
Системным программистам хорошо известно, что даже небольшие изменения
программы могут существенно повлиять на результаты ее реализации. Точно
также мутация одного контролирующего гена приводит к грубом} искажению
родословного древа. Это положение хорошо иллюстрируется гак называемыми
гетерохромными мутациями, в результате которых некоторые наборы клеток
ведут себя согласно правилам, действующим на ином этапе нормального
развития. Например, дочерняя клетка может вести себя подобно материнской
или еще более ранним предшественницам, а ее потомки воспроизводят
свойственный им фенотип и г. д. Таким образом, фрагмент генеалогического
древа воспроизводится несколько раз и развитие всего организма
нарушается. Для объяснения этого феномена на рис. 16-35 представлены
эффекты серии мутаций гена Пп-14. Вместо того чтобы следовать нормальной
схеме клеточной дифференцировки. характеризующей последовательную смену
1-го. 2-го, 3-го и 4-го личиночных возрастов с последующим торможением
делений, многие клетки мутантов по lin-14 воспроизводят схему,
характерную для l-го личиночного возраста, проходя по 5-6 циклов линьки и
продолжая производить кутикулу незрелого типа. Другие мутации этого гена
имеют обратный эффект, вынуждая клетки достигать зрелого состояния
