30. Молекулярные механизмы первичной эмбриональной индукции. Индукция по умолчанию.

Эмбриональная ииндукция – целый каскад генов, активирующий или ингибирующий друг друга, и шпемановская и ньюкуповская индукция – части такого каскада.

Важные вещества: гликопротеиды семейства Wnt-1 и надсемейство ФРО-бета (фактор роста опухолей). Белок Vg1 вызывает ньюкуповскую индукцию мезодермы.

Белок бета-катенин, распределенный в цитоплазме зиготы более-менее равномерно, после оплодотворения подвергается ферментативному расщеплению, но на дорсальной стороне расщепление подавлено другим белком. Бета-катенин сохраняется и попадает в ядра бластомеров, становясь фактором ньюкуповской индукции. Он связывается с промоторами опредленных генов и активирует их, например, определяя лево-правую асимметрию. Другой активируемый ген производит белок, соединяющийся с ФРО-бета и активирует ядерный белок goosecoid, он содержится в ядрах клеток шпемановского индукционного центра, активируя работу других генов, являющихся непосредственными факторами шпемановской индукции.

Белки семейства ВМР, входящие в то же надсемейство, концентрируются на вентральной стороне зародыша, секретируются в межклеточное пространство и, связываясь с рецепторами, запрещают клеткам дифференцироваться в нервную ткань и другие производные осевой мезодермы.

Индукция «по умолчанию» - дифференцировка в сторону нейральных производных. Если не препятствовать связыванию белков группы Wnt с клетками презумптивной нейральной эктодермы, то вся нервная пластинка развивается в спинной мозг. Для формирования головного мозга необходимо связать факторы Wnt в межклеточном постранстве, что и осуществляется головными индукторами — белками Cerebrus и Dickkopf, секретируемыми прехордальной пластинкой. Если такое связывание произошло, то в области будущего головного мозга активируется ген OTX-2. Однако у всех позвоночных на последующих стадиях развития (ранняя и средняя нейрула) активность этого гена блокируется и активизируется «ген переднего конца» - anf. Тогда осуществляется нормальное развитие головного мозга.

При первичной эмбриональной индукции индуктор "приказывает" индуцируемой ткани, в каком направлении ей изменяться. Подобные взаимодействия были названы инструктивными. При инструктивных взаимодействиях реагирующая ткань под воздействием индуктора развивается в строго определенном направлении. В отсутствии индуктора развития в этом направлении не происходит. При пересадке другой ткани на место индуктора развития в данном направлении тоже нет. Наконец, под влиянием индуктора другие ткани могут развиваться в том направлении, которое задается индукцией. Взаимодействия такого типа играют важную роль и на более поздних стадиях развития. Они были названы вторичной индукцией.

32. Роль альтернативного сплайсинга в регуляции клеточной дифференцировки. Регуляция на уровне трансляции. Роль микроскопических рнк.

Регуляция на уровне сплайсинга может происходить еще во время транскрипции.

Альтернативный сплайсинг - по-разному сшитые первичные транскрипты одного гена дают разные мРНК. Те, в свою очередь, могут играть роль в разных дифференцировках: например, для первичного транскрипта альфа-тропомиозина мыши путем различных сшивок от него можно получить мРНК для скелетных мышц, для клеток мозга и для фибробластов.

Ген дрозофили DSCAM альтернативным сплайсингом дает 38 000 белков.

Альтернативный сплайсиг контролируется макромолекулярным комплексом -- сплайсосомой -- состоящей из белков и малых РНК.

Некоторые ученые считают данный уровень регуляции одним из самых важных.

Регуляция на уровне трансляции: проявляется в основном в задержке трансляции заготовленных ранее мРНК. Например, блок трансляции заготовленных в оогенезе мРНК вплоть до активации яйцеклетки. Устранение блока трансляции после активации яйцеклетки достигается добавлением большого числа адениловых групп на 3'-конце молекулы мРНК.в ходе дробления мРНК вступает в работу не сразу, а по определенной программе, регулируется разнообразными факторами (у моллюсков, например, он связан с полярной лопастью).

Существенные задержки в транскрипции отмечаются также у таких специализированных клеток - эритроидных, сперматогенных и др. Кроме этого, уровень экспрессии на разных стадиях дифференцировки сильно разнится.

Регуляция на уровне трансляции наблюдается также у гемоглобина в силу сложности его строения (2 альфа-, 2 бета-глобиновых цепей и 4 молекулы гема). Любое отклонение фатально.

Избыток гема блокирует ключевой фермент, который отвечает за его синтез. Этот же избыток активирует синтез глобинов на уровне трансляции т.к. ингибирует протеинкиназу (та, в свою очередь, инактивирует фосфорилированием фактор инициации трансляции глобина). Ингибирование ингибитора приводит к активации. Таким образом поддерживается нормальное соотношение компонентов гемоглобина.

Еще один аспект сложной регуляции синтеза гемоглобина заключается в том, что в диплоидной клетке есть 4 активных альфа-глобиновых и только 2 активных бета-глобиновых гема, а соотношение концентации самих белков поддержиается на уровне 1:1. Эта регуляция осуществляется на уровне трансляции за счет конкуренции обеих мРНК за факторы инициации трансляции.

Еще один способ регуляции на уровне трансляции - РНК-интерференция, действующая в ходе развития круглого червя Caenorhabditis elegans (аналогичный механизм найден в эмбриональных стволовых клетках мышей). Для нормально развития этого червя необходимо подавление деления стволовых клеток. Оно происходит благодаря активности определенных генов и последующему сплайсингу (возникают короткие молекулы РНК, которые комплементарны тем молекулам мРНК, которые вовлечены в трансляцию). В итоге эти РНК связывают мРНК, и трансляция подавляется. Иногда перед этим мРНК деградируют.