Дополнительные сведения и гипотезы: Детерминация клеток вульвы у Caenorhabditis elegans

В гл. 7 мы отметили, что С. elegans был введен как экспериментальный объект, на котором исследования по биологии развития и генетике могут проводиться на одной особи одновременно. Такая программа начинает приносить плоды в изучении генетической регуляции детерминации клеток.

Как отмечено ранее, индукционный сигнал для развития вульвы возникает в якорных клетках

Гилберт с. Биология развития: в 3-х т. Т. 2: Пер. С англ. – м.: Мир, 1994. – 235 с.

__________________ ИЗМЕНЕНИЕ ТРАНСКРИПЦИИ В ХОДЕ РАЗВИТИЯ_______________________________________ 133

Рис. 11.33. Детерминация и проявление фенотипа в ряду клеток вульвы у нематоды С. elegans. Детерминация определяется близостью к якорной клетке, которая вызывает деление клетки Р6.р с образованием восьми клеток вульвы, при этом клетки Р5.р и Р7.p продуцируют по семь клеток вульвы каждая. Три других потенциальных предшественника клеток вульвы не детерминируются к образованию вульвы, а формируют вместо этого гипобласт. Различные мутации могут изменить детерминацию этих клеток или проявление их детерминированного состояния. (По Ferguson et al., 1987.)

гонад. Этот сигнал (пока не идентифицирован, но полагают, что он представляет собой способную к диффузии молекулу) действует в зависимости от положения на шесть клеток (Р(3-8).р), способных формировать ткань вульвы (рис. 11.33). Клетка, ближайшая к якорной клетке (обычно Р6.р). стимулируется к трем симметричным циклам митоза для формирования клеток вульвы. Две клетки, лежащие по обе стороны от нее (Р5.р и Р7.р), подвергаются делению, незначительно отличающемуся от обычного; в результате также возникают клетки вульвы. Три других потенциальных предшественника не предназначаются для образования клеток вульвы: они делятся один раз и дают клетки, входящие в гиподерму нематоды.

Обнаружено более двух десятков мутаций, нарушающих развитие вульвы. С помощью конструирования двойных мутантов, у которых один зародыш несет две отдельные мутации, влияющие на развитие вульвы, можно определить, какие гены активны ранее других, и, следовательно, постулировать генетическую программу. Возможность наблюдать деление каждой клетки, входящей в вульву, позволяет указать точное место, где данная мутация проявляется впервые, и установить соответствие между генетической программой и развитием (Ferguson et al., 1987).

Первый набор генов в генетической программе и программе развития составляют те гены, которые контролируют образование предшественников клеток вульвы и якорной клетки. Как упоминалось ранее, ген lin-12 контролирует формирование якорной клетки таким образом, что у мутантов, доминантных по гену lin-12. она не образуется (оба возможных предшественника якорной клетки становятся клетками матки). В отсутствие якорной клетки возможные предшественники клеток вульвы делятся, чтобы образовать клетки гиподермы.

Второй набор генов детерминирует дифференцировку предшественников клеток вульвы. У таких мутантов, как lin-12, все возможные предшественники клеток вульвы ведут себя подобно клеткам Р3.р, Р4.р и Р8.р. Иными словами, они все дают начало клеткам гиподермы, и вульвы не образуется. Напротив, у мутантов, подобных lin-15, все шесть клеток-предшественников ведут себя как предшественник Р6.р и формируют ткань вульвы. Эти мутанты имеют несколько вульв. Проявление этих мутаций детерминации не зависит от силы индукционного сигнала якорной клетки и определяется, очевидно, на уровне рецепции и ответа на этот сигнал. (До сих пор не обнаружены мутанты, у которых отсутствует сигнал якорных клеток, какой бы природы он ни был.)

Третий набор генов отвечает за проявление детерминированного фенотипа. Три гена, lin-11. lin-17 и lin-18, контролируют, по-видимому, фенотип потомков клеток P5.p и Р7.р. влияя на направление, в котором следует делиться этим клеткам-предшественникам. В этих случаях дочерние клетки напоминают потомков Р6.р, а не потомков Р5.р или Р7.р. Такое изменение в характере деления может привести к распределению конкретных морфогенетических детерминантов по разным областям цитоплазмы.