Динамика экспрессии генов в гаметогенезе

На первых порах, когда еще не были изучены детальные механизмы эмбриогенеза разных органов и тканей, внимание было обращено на динамику экспресси генов при гаметогенезе и оогенезе, а также при раннем развитии организмов. В целом это оказалось полезным для дальнейшего понимания тонких механизмов эмбриогенеза.

Сперматогенез

Сперматогенез - это последовательные развитийные события, в ре-зультате которых стволовые сперматогониальные клетки превращаются в функциональные сперматозоиды. Эти развитийные события включают в себя различного рода молекулярно-генетические процессы.

Значительная часть созревающих сперматозоидов обнаруживает аномалии и гибнет. Одна из причин - отклонение от нормального гаплоидного содержания ДНК в ядре из-за неправильного расхождения хромосом при мейозе. Транскрипционная активность, которая имеет место в клетках мужского зародышевого пути, направлена, главным образом, на осуществление самого процесса сперматогенеза как особой формы дифференцировки и не привносит в зиготу определенную генетическую информацию в виде транскриптов. Эта форма дифференцировки связана с инактивацией генома, но в отличие от терминальной дифференцировки, она не связана с необратимой инактивации генов, ведущей к гибели клеток.

В сперматогониях происходит активная транскрипция и репликация ДНК. В этих клетках обнаруживается синтез как рРНК, так и так назы-ваемой гетерогенной ядерной РНК, которую часто рассматривают в качестве пре-мРНК. В постмейотический период транскрипционная активность резко падает, и первым прекращается синтез пре-рРНК.

Одной из специфических для сперматогенеза мРНК является мРНК, кодирующая протамины - аргинин-богатые белки, необходимые для компактизации хроматина в сперматидах и заменяющие гистоны. У мышей протамины кодируются двумя генами Prm-1 и Prm-2. Протаминовые мРНК синтезируются в очень узком интервале времени после мейоза на ран-них стадиях сперматогенеза (элонгирующие сперматиды), например, у крыс на стадии 7 и не детектируется уже в сперматидах на стадиях 17-19.

Еще одним специфическим для сперматозоидов белком является белок Sperm1. Он является ДНК-связывающимся белком с регуляторной функ-цией в мейозе, требующейся для терминальной дифференцировки мужских половых клеток (Andersen et al., 1993). Кодирующий его ген относит-ся к семейству так называемых POU-доменных генов, т.е. генов содер-жащих блок POU. Большинство из этих генов выполняют в клетках регуляторные функции.

Другие, специфические для сперматоцитов гены, - гены кодирующие фосфоглицераткиназу 2 и белок RT7. Их функция не ясна, но их промотор использовали для специфической экспрессии генов у трансгенных животных в сперматоцитах. В частности, такие эксперимнты были проведены с онкогеном c-mos (Higgy et al., 1995). В результате у трансгенных мышей наблюдали усиление пролиферации сперматоцитов.

Отмечают также экспрессию в сперматоцитах также таких онкогенов как c-src и c-kit. Первый кодирует белок, наиболее представленный в сперматидах (Nishio et al., 1994).

С помощью нокаута показано, что важную роль в инициации и поддержании сперматогенеза играет один из генов семейства TFF-beta - BMP86 и рецепторы ретиноевой кислоты.

Это пока не позволяет понять полностью молекулярные механизмы развития сперматозоидов, но основы понимания данного процесса уже заложены.

Важным для сперматогенеза является также ген Dmrt1, который активно экспрессируется в клетках Сертоли и премеотических зародышевых клетках. Нуль-мутанты по этому гену: нарушения развития семенников, в которых клетки Сертоли и зародышевые клетки не способны развиваться после рождения. Выяснилось, что Dmrt1 в клетках Сертоли требуется для постнатального их развития и поддержания зародышевого состояния в эмбрионах. А для зародышевых клеток этот ген важен для из нормальной миграции в специфические сперматогенные ниши и для митотической реактивации. Таким обр., этот ген играет различные роли при сперматогенезе, контролируя ремоделирование и дифференцировку ювинальных семенников.