Файл: Учреждение образования полесский государственный университет в. Т. Чещевик молекулярные основы.pdf

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 40
Условиями возобновления синтеза ДНК и стимуляция белкового синтеза в зародыше являются повышение рН и уровня кальция в яйце.
Важным триггером высвобождения ионов кальция является иннозитол-
1,4,5-трифосфат, уровень которого сразу же возрастает после оплодотворения яйца. Ферментом, ответственным за синтез ИТФ, является фосфолипаза С. Данный фермент входит в состав цитоплазматической мембраны и расщепляет фосфатидилинозитол-4,5-бифосфат на диацилглицерол и ИТФ. Диацилглицерол, в свою очередь, активирует протеинкиназу С, которая активирует Na
+
/H
+
-переносчик, осуществляющий обмен ионов натрия на ионы водорода. Активация фосфолипазы С осуществляется с помощью G-белка, который активируется присоединением спермия к своему рецептору.
2. Детерминация пола у Drosofila melanogaster
У дрозофилы детерминация пола обусловлена равновесием между женскими генами на Х-хромосоме и мужскими генами на аутосомах. Если в диплоидной клетке находится всего лишь одна Х-хромосома, то возникает самец. Если в диплоидной клетке содержатся две Х-хромосомы, то развивается самка. Дрозофилы с генотипом Х0 – являются стерильными самцами. Y-хромосома не влияет на детерминацию пола, обеспечивая лишь фертильность самцов. Выделяют следующие гены детерминации пола у дрозофил: Sxl, tra, tra-2, Dsx. Активация генов Sxl, tra имеет важное значение для формирования фенотипа самок. Мутации этих генов трансформируют особей c генотипом ХХ в самцов. Ген Dsx имеет важное значение для половой дифференцировки обоих полов. Гомозиготные рецессивные аллели dsx превращают мух ХХ и ХY в интерсексов, т.е. имеющих промежуточный между мужским и женским фенотип.
Первый этап детерминации пола у дрозофил связан с прочтением информации о соотношении Х:А (Х-хромосом и аутосом). Высокие значения данного соотношения приводят к активации гена Sxl, включающего феминизацию. При низких значениях Х:А Sxl остается неактивным. После активации данного гена он сохраняет свою активность вне зависимости от дальнейшего соотношения Х:А.
В свою очередь, ген Sxl регулирует детерминацию соматического пола путем контроля процессинга транскрипта гена tra. Для самцов и самок наблюдается альтернативный сплайсинг этого гена. Продукт гена tra действует совместно с геном tra-2, способствуя созданию женского фенотипа.

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 41
Ген tra-2 способен связываться с геном Dsx только в присутствии белка гена tra.
Ген Dsx активен у самцов и самок, первичный его мРНК транскрипт подвергается секс-специфическому процессингу. Если активен только ген tra
-2, то сплайсинг идет только по мужскому фенотипу. Этот транскрипт продуцирует белок, ингибирующий гены, ответственные за женские признаки клеток. Если активен ген tra, то образуется транскрипт Dsx специфический для самок, продукт которого ингибирует гены, ответственные за мужские признаки.
3. Детерминация пола у Mammalia
Первичная детерминация пола у млекопитающих является строго хромосомной и не зависит от окружающих условий. Y-хромосома служит решающим наследственным фактором, который определяет пол у млекопитающих. Важную роль в регуляции пола млекопитающих в эмбриогенезе играют гены SRY и SOX-9. Ген SRY локализован в детерминирующей пол области Y-хромосомы и содержит консервативную последовательность нуклеотидов, которая кодирует образование транскрипционного белкового фактора (Tdf), содержащий участок в 79 аминокислот
(HMG-домен), который обеспечивает специфическое связывание данного белка с ДНК и вызывает характерное изгибание молекулы ДНК под углом 70-80 0
. Ген SRY относится к семейству генов SOX, для которого характерна тканеспецифическая экспрессия в раннем эмбриогенезе
(в половом гребне).
Данный белок определяет дифференцировку прогонады в семенник вследствие регуляции экспрессии антимюллеровского гормона, который оказывает влияние на экспрессию стероидогенного фактора-1 (SF-1), который является глобальным регулятором генов для всех ферментов, связанных с синтезом стероидов.
Мутации в области этой последовательности приводят к инверсии пола. Ген
SOX-9 также содержит HMG-бокс, его экспрессия происходит в клетках полового гребня вслед за экспрессией Sry только у организмов с генотипом
XY.
Вторичная детерминация пола – это развитие женского или мужского фенотипов, обусловленное гормонами, которые вырабатываются яичниками или семенниками. Женская и мужская детерминация пола включает два временных компонента: первый реализуется в период органогенеза, второй – в юношеский период. Формирование мужского фенотипа связано с

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 42 секрецией тестикулярных гормонов, обуславливающих развитие вольфова канала и атрофию мюллерова канала. Первым из таких гормнов является антимюллеровский гормон, который секретируется клетками Сертоли и вызывает дегенерацию мюллеровых каналов. Второй гормон представляет собой тестостерон, продуцируемый клетками Лейдига. Данный гормон обуславливает дифференцировку вольфова канала в придаток семенника, семявыносящий канал и семенные пузырьки. Формирование женского фенотипа происходит в результате секреции эстрогена яичниками плода, который приводит к дифференцировке мюллерова канала в матку, яйцеводы и шейку матки.

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 43

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 44 веществ, содержащихся в цитоплазме яйцеклетки, по бластомерам. При этом разные сорта цитоплазмы попадают в клетки, которые дают начало разным зачаткам (например, наиболее богатые желтком вегетативные участки яйца попадают при дроблении в бластомеры, которые дают начало эндодерме).
Особое значение для судьбы развивающегося зародыша имеет распределение при дроблении в бластомеры цитоплазматических инструктивных молекул
(морфогенов), которые активируют специфические программы развития.
2. Биологическая функция дробления. Точка перехода на средней
бластуле и гипотеза истощения репрессора
Дробление представляет собой серию последовательных делений яйца, в результате которых одноклеточная зигота превращается в многоклеточный зародыш. Функции дробления:
1) становление многоклеточности организма;
2) восстановление характерного для соматических клеток соотношения объемов ядра и цитоплазмы;
3) распределение цитоплазматических детерминант по бластомерам;
4) детерминация осей симметрии зародыша;
5) функция биологических часов, определяющих время экспрессии тех или иных событий.
В результате дробления яйцо делится на клетки – бластомеры. Дробление завершается формированием бластулы, морфологически недифференцированного многоклеточного зародыша, имеющего внутреннюю полость.
Типы дробления. Тип дробления зависит от концентрации желтка, положения ядра в яйцеклетки и оси веретена деления, пространственной координации процессов кариокинеза и цитокинеза.
Дробление бывает полным
(голобластическим), неполным
(меробластическим) и поверхностным (абластическим). Полным называется дробление, при котором яйцо делится на бластомеры целиком. При неполном дроблении деления затрагивают только часть яйца, тогда как другая часть, обычно с высокой концентрацией желтка, не делится. При поверхностном типе деление яйцеклетки ограничивается лишь кариокинезом (делениями ядер).
При равномерном дроблении образуются бластомеры примерно равных размеров. При неравномерном дроблении образуются бластомеры различные по величине.
По характеру пространственного положения бластомеров, которое они

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 45 занимают в развивающемся зародыше, различают несколько типов дробления: радиальное, спиральное, билатеральное, ротационное и неупорядоченное дробление.
Радиальное дробление имеет радиальную ось симметрии, при которой плоскость, проведенная через любой меридиан, делит зародыш на две геометрически тождественные половины.
Спиральное дробление.
В результате первых двух взаимно перпендикулярных меридианальных делений образуется стадия четырех бластомеров. Начиная с третьего деления дробления, митотические веретена располагаются под некоторым углом к меридианальной плоскости.
Билатеральный тип дробления. Характерной особенностью этого типа является раннее проявление билатеральной симметрии.
Ротационный тип дробления характерен для млекопитающих. При данном тип дробления бластомеры при втором дроблении делятся во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Точка перехода на стадии средней бластулы. При исследовании ряда физиологических и биохимических свойств зародышей позвоночных, в частности амфибий, оказалось, что многие параметры развития существенно изменяются на стадии средней бластулы. Наступление точки перехода на стадии средней бластулы у низших позвоночных животных определяется ядерно-цитоплазматическим отношением (соотношением количества ДНК и цитоплазмы). Высказано предположение, что в яйце имеется равномерно распределенный цитоплазматический компонент, который является ингибитором ключевых реакций, необходимых для активации таких разнородных функций, как синтез РНК, клеточное движение и событий клеточного цикла, и вместе с тем имеющий сродство к ДНК. Согласно этой гипотезе (гипотеза «истощения» репрессора) каждое ядро связывает определенное количество ингибитора и образующиеся в ходе дробления новые ядра как бы «титруют» цитоплазму. При увеличении концентрации ДНК в зародыше, обусловленном отсутствием компенсаторного роста бластомеров, происходит падение концентрации ингибитора до некоего порогового значения, достижение которого и приводит к точке перехода.
3. Особенности клеточного цикла в период дробления. Роль MPF-
фактора и циклинов
Дробление оплодотворенного яйца представляет собой палинтомический процесс, для которого характерен непрерывный ряд клеточных делений,

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 46 следующих один за другим без компенсаторного роста клетки. Клеточные циклы в период дробления характеризуются высокой скоростью прохождения, быстротечностью, предопределяющей высокую частоту клеточных делений.
У обычных соматических клеток, сохранивших способность к пролиферации, наблюдается монотомия, при которой после митотического деления наступает период роста клетки, а следующее деление возможно лишь при достижении клеток определенных размеров. Клеточный цикл монотомического типа характеризуется тем, что фаза синтеза ДНК и фаза митотического деления разделены во времени фазами G1 (пресинтетическая фаза) и G2 (премитотическая фаза), в течение которых происходит рост клетки, а также подготовка к репликации ДНК и митозу. При делениях дробления синтез ДНК одного цикла, как правило, начинается уже в телофазе предыдущего деления, так что фаза M и фаза S перекрываются.
Благодаря палинтомии происходит постоянное уменьшение массы отдельных клеток в ходе дробления. Отсутствие компенсаторного роста ведет к восстановлению обычного для соматических клеток ядерно- цитоплазматического отношения.
Быстрый синтез ДНК при дроблении возможен благодаря тому, что нить
ДНК в хромосоме эукариот подразделена на большое число относительно автономных единиц репликации – репликонов. В период дробления наблюдается высокая степень синхронности репликации всех репликонов. По завершении периода дробления организация процесса репликации становится такой же, как в случае соматических клеток.
Следует отметить, что факторы, инициирующие и контролирующие циклический процесс клеточной репродукции, имеют цитоплазматическую локализацию. Темп клеточных делений у одного вида можно изменить, инъецируя цитоплазму другого вида.
MPF (maturation promoting factor), сложный фосфопротеин, состоящий из двух субъединиц. MPF выполняет функцию не только при мейозе, но имеет более широкое значение как фактор регуляции митотических клеточных циклов. Было установлено, что активность MPF изменяется циклически: она достигает максимальных значений в митозе и существенно падает в фазе синтеза ДНК.
Изучение структуры MPF показало, что малая субъединица комплекса представляет собой протеинкиназу. Наличие этой протеинкиназы обеспечивает фосфорилирование ряда белков. В частности, гистона H1, фосфорилирование которого приводит к конденсации хромосом, а гиперфосфорилирование белков ядерной оболочки (ламинов) служит предпосылкой разборки этой оболочки.