Системы проведения внешних сигналов к геному (сигналинг)

Регуляция активности генов в клетке достигается двумя главными способами:

- Внутриклеточная система при помощи ТФ (транскрибционных факторов), которые вырабатываются и действуют внутри клетки, контролируя активность собственного генома;

- Система внешних факторов, представляющая физиологически активные вещества, синтезируемые и секретируемые другими клетками. В этом случае необходимы специальные рецепторы для их восприятия, а также проводящие системы, при помощи которых управляющий сигнал доходит до ТФ и активирует их.

Все сигнальные факторы классифицируются по принципу до 20 кДа и более, то есть низкомолекулярные и высокомолекулярные.

Низкомолекулярные сигнальные молекулы

Ионы и газы: Na, K, Ca, NO.

NO – широко участвует в инициации кальциевых волн при оплодотворении, в нейрогенезе и др.

Еще к низкомолекулярным сигнальным молекулам относятся неротрансмиттеры (ацетилхолин, глицин) производные нуклеотидов (циклический АМФ)

Высокомолекулярные сигнальные молекулы

Белки и пептиды.

Эндокринные сигнальные молекулы, синтезируются специальными клетками, выводятся в кровяное русло и распространяются на большие расстояния.

На ранних этапах эмбриогенеза, когда нет еще кровяного русла и эндокринной системы, синтезируются паракринные факторы, распространяющиеся путем диффузии.

К ним относятся:

- фибробластический фактор роста, регулирует индукцию мезодермы на стадии бластулы и гаструлы у амфибий, участвуют в членении мозга на отделы, участвуют в развитии конечности.

- эпидермальные факторы роста

- инсулинподобные факторы роста

- трансформирующие факторы роста, использующие рецепторы тирозинкиназы.

Механизм действия сигнальных факторов на примере рецепторной тирозинкиназы

1. Соединение сигнального фактора с рецептором клеточной мембраны

2. Изменение конформации рецепторного белка

3. Фосфорилирование адапторного белка

4. Цепочка действия MAP-киназ, завершающееся активацией ТФ

5. ТФ включает (экспрессирует) ген

6. Продукт гена – белок, вызывает существенные изменения ионного состава цитоплазмы клетки.

Интеграция сигналинга

При изучении фибробластов в культуре ткани, при введении сигнальных молекул клетки вели себя согласованно, как элементы единой системы.

Автономная детерминация

Это явление, при котором дифференциальная активность генов в разных частях эмбриона достигается за счет неравномерного распределения в ооците ТФ или их иРНК, синтезированных в период оогенеза под контролем материнского организма.

Этот принцип широко используется при формировании генерального плана строения животного, при закладке осей организма.

Материнские факторы формирования осей зародыша

Оси зародыша – это общий план строения, включающий передне-задние отличия, дорзо-вентральную и право-левую оси.

В ходе развития зародыша, вначале единое эмбриональное поле подразделяется на ограниченное количество доменов. Возникают эмбриональные поля, обособленные пространственно, но еще не морфологически.

С молекулярно-биологической точки зрения такие эмбриональные поля характеризуются разным статусом экспрессии регуляторных генов.

Новый регуляторный статус этих субсистем служит основой для активации последующих программ развития.

Итог. Создается позиционная информация, необходимая для пространственной координации процессов развития.

Начальные этапы формирования паттерна эмбриональных полей – связаны с материнскими детерминантами, неодинаково распределенными в цитоплазме ооцита.

Неодинаковое распределение детерминант в ооците происходит в период оогенеза, при формировании ооцита.