Нематоды
Мы уже рассмотрели эксперименты Бовери. Исходя из этих данных, можно предположить, что информация, содержащаяся в отбрасываемых частях хромосом, важна исключительно для гаметогенеза. Позже сам Бовери поставил эксперимент, привнесший новые данные о диминуции хроматина. Он подверг яйцо аскариды центрифугированию перед первым делением дробления, сместив, таким образом, ось веретена деления, и ориентацию первой борозды дробления. Образовавшиеся клетки унаследовали по половине вегетативной цитоплазмы, которая в норме полностью включалась лишь в один из бластомеров. В этих бластомерах не происходило диминуции хроматина. После второго деления дробления образуются два анимальных бластомера, лишенные этого участка вегетативной цитоплазмы, и в них диминуция уже происходит. Бовери сделал заключение, что в вегетативной цитоплазме есть некоторые факторы, предотвращающие диминуцию хроматина. Поэтому в норме половые клетки образуются из бластомера, в котором наряду с особенными, унаследованными в результате ооплазматической сегрегации, цитоплазматическими факторами, присутствует полный генетический набор.
О пыты т. Бовери.
(А) – нормальное развитие нематоды
(В) Развитие после центрифугирования
Другая нематода, у которой подробно изучено происхождение ППК – Caenorhabditis elegans. У нее обособление клеток половой линии можно проследить начиная с первого деления дробления. Уже в неоплодотворенной яйцеклетке можно наблюдать полярные, или Р-гранулы, которые войдут в состав ППК. После оплодотворения характер их распределения меняется. Проникновение сперматозоида с вегетативной стороны яйца вызывает локальную деполимеризацию актиновых микрофиламентов и таким образом инициирует сокращение кортекса и его стягивание в анимальном направлении. Сокращение анимального кортекса вызывает смещение центральной цитоплазмы вместе с Р-гранулами к заднему полюсу яйца. Состав Р-гранул изучается, сейчас известно, что в их состав входят некоторые ингибиторы транскрипции и РНК-связывающие белки, в том числе гомологичные белкам Vasa, входящим в состав полярных гранул у дрозофилы. Также в гранулах содержится белок PIE-1, блокирующий транскрипцию подавляющего большинства генов, что возможно предохраняет эти клетки от дифференцировки по соматическому пути. На стадии 4-х бластомеров найдено принципиальное различие в экспрессии гена pes-10, характерного для соматических бластомеров – он не экспрессируется в предшественнике ППК – бластомере Р2.
Р-Гранулы у С. elegans
Ракообразные
У некоторых копепод описано неравномерное распределение между бластомерами при дроблении особых гранул – эктосом, которые маркируют ППК.
(А) Эктосомы отходят к одному из полюсов
(Б) и (В) Эктосомы концентрируются только в одной из клеток
Насекомые
Подробнее всего изучено происхождение ППК у Drosophila melanogaster. На одном из полюсов яйца видны полярные гранулы.
(А) Полярные гранулы при крупном увеличении
(В) Полярные гранулы на полюсе яйца
При дроблении ядра, мигрирующие в эту область яйца, дают начало предшественникам половых клеток – полоцитам, отличным от других клеток бластодермы. Показано, что полоциты – единственный источник половых клеток у насекомых: удаление любым способом этой части яйца, разрушение половых гранул путем УФ-облучения приводит к развитию стерильных особей; инъекция в такие яйца полярной плазмы восстанавливает способность формировать нормальные половые клетки. Пересадка участка цитоплазмы, содержащего полярные гранулы, в другой участок яйца приводит к эктопическому развитию ППК именно из этой области. На локализацию полярной плазмы влияет ген oskar – его эктопическая экспрессия достаточна для локальной сборки полярной плазмы и появления ППК. Маркер половой плазмы у дрозофилы – белок Vasa, а также белки GCL, Oskar, Nanos. Показана деградация белков Oskar и Vasa в соматических клетках.
Показана сложная многоступенчатая миграция полоцитов в гонаду, при этом часть полоцитов может дегенерировать. Первый этап миграции – пассивный в пласте клеток в ходе гаструляции, в итоге ППК обнаруживаются в задней части средней кишки. Второй этап миграции – амебоидное движение, при этом ППК проходят через стенку кишки, затем миграция из энтодермы в висцеральную мезодерму. Третий этап – ППК разбиваются на 2 группы, и ассоциируются с зачатком гонады. Четвертый этап – заселение гонад. Процессом миграции управляют белок-репеллент продукт генов семейства wunen, секретируемый тканями, которые ППК стараются «обойти», и белки-аттактанты, продукты генов columbus и hedgehog, выделяемые клетками зачатка гонады.
Рыбы
Brachiodanio rerio (zebrafish). Разноцветными кружочками обозначены ППК. Стрелками указано направление их миграции.
Модельный объект для изучения ППК у этого класса позвоночных – Brachiodanio rerio (zebrafish). У этих рыб обнаружен гомолог маркера половой плазмы дрозофилы – ген vasa, и соответственно белок Vasa. В зрелом ооците РНК vasa локализуется вблизи кортекса. В 32-клеточном зародыше маркер обнаружен в 4-х клетках, являющихся предшественниками половых клеток. В клетках, содержащих белок Vasa, обнаружены клеточные структуры, напоминающие материал половой плазмы (в том числе – перинуклеарные тельца). Помимо белка Vasa, в состав половой плазмы входят белок Nanos, митохондрии и м-РНК. Перед миграцией ППК обнаруживаются в перибласте, а затем – по границе туловищной мезодермы, откуда мигрируют в задний отдел зародыша, к зачатку гонады. Обнаружено вещество - хемоаттрактант, выделяемое зачатком гонады Brachiodanio rerio – белок Sdf1, и его рецептор на поверхности ППК – CXCR4.