- •Тема: «общая эмбриология» Основные вопросы по теме:
- •Морфофункциональная характеристика половых клеток
- •Строение сперматозоида, его роль
- •Строение яйцеклетки, её функции. Типы яйцеклеток позвоночных по количеству и распределению желтка.
- •Понятие об онтогенезе. Его периоды
- •3. Репродуктивный
- •4. Пострепродуктивный (старение)
- •3. Постнатальный (постэмбриональный)
- •Детерминация, миграция, интеграция и дифференцировка клеток
- •Пролиферация и апоптоз клеток
- •Понятие об эмбриональной индукции
- •Эпигеномная наследственность
Эпигеномная наследственность
Возникает вопрос: каков механизм поддержания стабильности дифференцированного состояния; почему клетки, детерминированные в определенном направлении, сколько бы раз они ни делились, сохраняют свою специфичность?
Вейсман полагал, чтов основе детерминации лежат неравнонаследственные деления. Носителем полной генетической информации, т.е. детерминантов (генов) всех признаков взрослого организма, является оплодотворенная яйцеклетка. Тканевые клетки получают набор генов, соответствующих их структуре и функциям. Это означает, что в нервных клетках нет генов гемоглобина, а в клетках печени — генов, кодирующих белки мышц. В качестве подтверждения своей гипотезы Вейсман использовал данные по диминуции хроматина у лошадиной аскариды. Он полагал, что диминуция – это как раз тот процесс, при котором тканевые клетки освобождаются от лишнего генетического материала. Эта гипотеза оказалась ошибочной. Диминуционные деления (их обычно одно или два) происходят в раннем эмбриогенезе (3-7 делений дробления), т. е. тогда, когда ткане-специфические гены еще не начинают функционировать. Собственно говоря, диминуция — это первый акт детерминации, разделяющий зародышевые половые и соматические клетки. Все типы тканевых клеток развиваются после диминуционных делений. Нельзя не отметить, что диминуция наблюдается у ничтожного числа из ныне известных видов животных. Данные цитогенетики показывают, что у видов, у которых диминуция отсутствует, кариотины всех тканевых клеток одинаковы; цитофотометрия свидетельствует о том, что клетки различной дифференцировки по содержанию ДНК не различаются; наконец, данные молекулярной гибридизации нуклеиновых кислот указывают на идентичность спектра нуклеотидных последовательностей в клетках разных тканей. Следовательно, гены гемоглобина присутствуют не только в эритро-идных клетках, где они активно функционируют, но и в клетках мозга, печени, почек и других тканей.
Таким образом, дифференциация происходит на основе неизменного в количественном отношении генома, сохраняющего полный спектр всех своих компонентов. Однако допускается, что в процессе дифференцировки отдельные гены избирательно повреждаются и в данных тканевых клетках уже никогда не будут функционировать. В таком случае в клетках кишечного эпителия гены гемоглобина не работают не потому, что они там отсутствуют, а вследствие повреждения их структуры или выпадения незначительных по размерам последовательностей (типа ТАТА-бокса), регулирующих транскрипцию.
Экспериментальные данные, опровергнувшие и эту точку зрения на механизм дифференциации, были получены английским ученым Дж. Гердоном в начале 60-х годов (рисунок 1) на Xenopus laevis. Неоплодотворенные яйцеклетки облучали большой дозой ультрафиолета, которая инактивировала ядра, но практически не повреждала цитоплазму. С помощью микрохирургической техники в такие энуклеированные яйцеклетки пересаживались ядра из дифференцированных клеток — эпителия кишечника головастика. В некоторых случаях удалось получить полностью нормальных плодовитых взрослых особей.
Если для опыта брали ядра одной особи, то все развившиеся животные представляли собой клон, т. е. были сходны между собой так же, как однояйцевые близнецы человека. Из опытов Гердона можно сделать два вывода: во-первых, в процессе детерминации и дифференцировки не происходит необратимых повреждений генома; во-вторых, перенесение ядра тканевой клетки в неоплодотворенное яйцо по крайней мере в некоторых случаях приводит к полному возврату дифференцированного состояния и детерминации.
Рисунок 1. Клонирование Xenopus laevis - развитие взрослой особи из яйцеклетки, ядро которой заменено ядром из соматической клетки кишечного эпителия головастика:
1 — неоплодотворенное яйцо, 2 — УФ-облучение, 3 — головастик, 4 — кишечник головастика, 5— клетки кишечного эпителия, 6 — микропипетка, 7 — ядро эпителиальной клетки, 8 — яйцо-реципиент, 9 — бластула, 10 — неделяшаяся клетка, 11— ненормальный эмбрион, 12— взрослая лягушка
Другие примеры частичной обратимости дифференцированного состояния могут быть показаны с помощью гибридизации соматических клеток invitro. В настоящее время техника подобных экспериментов достаточно высока, поэтому довольно легко можно получить гибриды между клетками даже далеких видов с разными типами молекулярной организации генома, например, между клетками птиц и млекопитающих. Если слить эритроциты птиц, ядра которых полностью потеряли генетическую активность, с клеткамиHeLa(человеческого происхождения), то в полученных гибридных клетках быстро активируются эритроцитарные ядра; в них синтезируются РНК, ДНК и белки, специфичные для данного вида птиц. Однако в природе едва ли существуют условия, при которых резко нарушается стабильность дифференцированного состояния, а тем более происходит передетерминация. Таким образом, поскольку детерминация и дифференцировка не связаны с количественными или качественными изменениями генома (в абсолютном большинстве случаев), то принято считать, что эти процессы основаны на эпигеномной наследственности. Сущность ее состоит в постоянном воспроизведении в ряду поколений соматических клеток такой надмолекулярной организации хромосом, которая позволяет функционировать в каждом типе клеток строго определенным наборам генов.
У высших растений геном соматических клеток также в основном репрессирован, и эта репрессия поддерживается эпигеномной наследственностью. Однако в этом случае полная дерепрессия генома в культуре растительной ткани наблюдается чаще. Например, из соматических клеток моркови и табака можно получить полноценные фертильные растения.
Механизм становления детерминации пока неизвестен, однако ясно, что у многих животных, например у амфибий, первичная детерминация связана с химической неоднородностью различных участков яйцеклетки. Поэтому и детерминация ядер, оказавшихся в ходе дробления в районе вегетативного полюса, будет иной, чем тех, которые попадут в цитоплазму анимального полюса.