Дополнительные сведения и гипотезы: Биохимия активации яйца

У морских ежей и позвоночных животных активацию яйца вызывает волна выхода ионов кальция из внутриклеточных депо, таких, как эндоплазматический ретикулум. У морского ежа Arbacia punctuluta повышение внутриклеточной концентрации свободных ионов кальция впервые обнаруживается через 20-30 с после прикрепления спермия к яйцу, одновременно с инициацией экзоцитоза кортикальных

Гилберт с.Биология развития: в 3-х т. Т. I: Пер. С англ. — м.: Мир, 1993. — 228 с.

66 ГЛАВА 2

Рис. 2.35. Схема инициации ионных потоков при оплодотворении. Когда спермий прикрепляется к своему рецептору на плазматической мембране яйца, рецептор активирует белок, связывающий ГТФ (белок G), который в свою очередь активирует фосфолипазу С Фосфолипаза С расщепляет фосфатидилинозитол-4.5-бисфосфат на диацилглицерол и инозитолтрисфосфат (ИТФ). ИТФ вызывает выход Са⁺ из эндоплазматического ретикулума, тогда как диацилглицерол активирует протеинкиназу С. Под действием этой протеинкиназы начинает функционировать Na⁺/ H⁺-насос, в результате чего происходит обмен водородных ионов яйца на внеклеточные ионы натрия: таким образом повышается внутриклеточный pH. (Сходная схема, приводимая в гл. 20. была предложена для начала опухолевого роста.)

гранул (Eisen. Reynolds, 1985). Что же происходит в течение этих 25 с. что приводит к высвобождению связанных ионов кальция?

Исследования последних лет свидетельствуют о том, что прикрепление спермия к плазматической мембране яйца запускает ряд реакций, осуществляющихся с помощью заключенных в мембране ферментов. Эти ферменты синтезируют вещество, способное диффундировать в цитоплазму. Таким веществом, как было показано, является инозитол-1,4,5-трисфосфат (ИТФ), вызывающий высвобождение связанного кальция в клетках разного типа (Вeгridge,. 1985: Swann. Whitaker. 1986). В яйцах морского ежа сразу после оплодотворения синтез ИТФ возрастает (Ciapa, Whitaker. 1986). Образование ИТФ сопровождается выходом ионов кальция. Инъекции ИТФ непосредственно в яйца морского ежа и лягушки вызывают высвобождение ионов кальция и кортикальную реакцию (Whitaker, Irvine, 1984; Busa et al., 1985). Процесс выхода кальция из внутриклеточных депо при этом неотличим от реакции, наблюдаемой при нормальном оплодотворении. Кроме того, эти ИТФ-зависимые эффекты можно предотвратить, инъецируя в неоплодотворенные яйца вещества, образующие хелаты кальция (Turner et al.. 1986): это подтверждает представление о том, что ИТФ вызывает выход кальция из внутриклеточных депо.

Ферментом, ответственным за синтез ИТФ, является фосфолипаза С. Этот фермент, входящий в состав плазматической мембраны, расщепляет фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат на диацилглицерол и ИТФ (рис. 2.35). Если ИТФ вызывает выход кальция из внутриклеточных депо, то диацилглицерол,

Гилберт с.Биология развития: в 3-х т. Т. I: Пер. С англ. — м.: Мир, 1993. — 228 с.

_______________ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ: ВОЗНИКНОВЕНИЕ НОВОГО ОРГАНИЗМА 67

по-видимому, активирует другой содержащийся в мембране фермент, протеинкиназу С, которая в свою очередь активирует Na⁺,H⁺-переносчик, осуществляющий обмен ионов натрия на ноны водорода (Swann, Whitaker. 1985: Shen. Burgart. 1986). Таким образом, расщепление фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата может вызвать как волну высвобождения кальция, так и повышение внутриклеточного pH — два процесса, необходимые для активации яйца и его деления.

Но почему прикрепление спермия к яйцу приводит к образованию ИТФ и диацилглицерола? Имеются данные, что в некоторых клетках-мишенях гормонов соединение рецептора гормона с фосфолипазой С опосредовано белком, связывающим ГТФ (Gбелок, см. Berridge. 1985).

Тернер и др. (Turner et al.. 1986) показали, что то же самое происходит, по-видимому, в случае яиц морского ежа. Когда в яйцо инъецировали аналог ГТФ, стабилизирующий G-белок в активной конфигурации, кортикальные гранулы выделяли свое содержимое в отсутствие спермия. Если же в яйцо инъецировали конкурирующий ингибитор ГТФ, то вызываемый спермием нормальный процесс экзоцитоза кортикальных гранул подавлялся. Это подавляющее действие можно было предотвратить, инъецируя в неоплодотворенное яйцо ИТФ. Схема начальных биохимических событий при активации яйца представлена на рис. 2.32 и 2.35. Прикрепление спермия к неидентифицированному рецептору на плазматической мембране яйца изменяет конформацию этого рецептора таким образом, что он активирует G-белок. G-белок в свою очередь активирует фосфолипазу С, которая расщепляет фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат на два внутриклеточных посредника, диацилглицерол и инозитолтрисфосфат. Диацилглицерол активирует протеинкиназу С; последняя фосфорилирует белок-переносчик Na⁺ и H⁺, тем самым делая его способным функционировать (при стимуляции ионами кальция), что приводит к повышению внутриклеточного pH. Поскольку ИТФ вызывает выход кальция из эндоплазматического ретикулума, диффузия ИТФ приводит к распространению волны выхода кальция по всему кортикальному слою яйца. Таким образом, прикрепление спермия к плазматической мембране вызывает определенные изменения внутри яйца.