15

ТЕМА № 8

РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ

Гилберт С. Т. 3. Гл. 10 (со с. 92), 11, 12, 13, 14

Корочкин Л.И. Гл. 2, 3, 9, 14

Клонирование амфибий. Тождество геномов. Генетический полиморфизм. Запрограммированные перестройки генома в онтогенезе. Дифференцировка лимфоцитов. Формирование генов легких и тяжелых цепей антител Дифференциальная экспрессия генов. Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции. Механизмы дифференциальной транскрипции генов. Регуляция экспрессии генов на уровне процессинга РНК.: дифференциальный процессинг РНК в иммунной системе, генерация новых белков в разных клетках в разное время (кальцитонин, фибронектин). Контроль на уровне трансляции при координированном синтезе белка: продукция гемоглобина. Посттрансляционная активация и инактивация белков (посттрансляционные модификации у коллагена).

Опыты по клонированию амфибий

Генетика развития изучает проблему реализации наследственных потенций оплодотворенного яйца в течение жизни организма. Когда мы наблюдаем развитие зародыша, становится очевидным, что в клетках разных типов экспрессируются разные гены. Гемоглобин, например, характерен для эритроцитов, тогда как кристаллик обнаруживается только в клетках хрусталика глаза. Клетки сетчатки способны передавать электрические импульсы на большие расстояния, а прилежащие к ним клетки пигментного эпителия черны от гранул меланина и лишены способности проводить электричество.

Клетки каждого из типов образуются в результате многократных делений одного и того же оплодотворенного яйца. Возникает вопрос – что происходит далее с генетической информацией, меняется ли она в процессе развития, чем вызвана экспрессия разных генов в разных клетках – изменениями в структуре ДНК или другими механизмами.

Такие процессы как трансдетерминация и трансдифференцировка показывают, что даже дифференцированные клетки взрослого организма могут сохранять потенции к образованию клеток других типов.

Окончательно решить вопрос о том, является ли сужение функций ядра дифференцированной клетки необратимым, было бы можно, проверив способность этого ядра индуцировать образование дифференцированных клеток любого другого типа. Для этого следует имплантировать ядро какой-либо дифференцированной клетки в яйцо, собственное ядро которого предварительно было удалено. Если любое пересаженное ядро идентично ядру зиготы, то оно должно обеспечить полное развитие организма.

Опыты Бриггса и Кинга по пересадке ядер у леопардовой лягушки (Rana pipiens)

В 1952 г. Бриггс и Кинг показали, что ядра, взятые у зародыша на стадии бластулы, будучи перенесенными в цитоплазму яйцеклетки, обеспечивают развитие полностью сформированного головастика. Еще раньше Шпеман продемонстрировал, что клетки бластулы не детерминированы и, следовательно, их ядра тотипотентны. 60% всех имплантированных ядер оказались способными направлять развитие яиц до стадии свободно плавающего головастика; все эти головастики были диплоидными (результат, подтверждающий, что их ядра происходили из ядра клетки-донора).

Что произойдет, если в активированное энуклеированное яйцо пересадить ядро из клетки зародыша, находящегося на более продвинутой стадии развития? Оказалось, что большинство ядер из клеток бластулы способны обеспечить развитие яиц-реципиентов до стадии нормальных свободно плавающих головастиков, однако в ядрах, взятых от доноров, находящихся на более поздних стадиях развития, эта способность резко ограничивается. Ни одно из ядер соматических клеток, взятых на стадии хвостовой почки, не могло дать информацию, необходимую для развития нормального зародыша. Однако, когда на той же стадии брали ядра половых клеток (в норме дающих после оплодотворения начало целому организму), в 40% случаев были получены бластулы, способные к дальнейшему развитию. Следовательно, соматические клетки, становясь детерминированными и дифференцированными, по-видимому, утрачивают способность обеспечивать полное развитие организма.