Генетический контроль развития кратко

Обновлено: 05.07.2024

Гены сегментарной полярности

Совокупное, упорядоченное по времени эмбриогенеза и пространственно в объеме тела зародыша проявление активности групп генов с материнским эффектом, а также генов сегментации обеспечивают возникновение в зародыше читаемых его клетками ростро-каудальной и дорзо-вентральной систем координат (координатных сеток). Судьба клетки в развиии (адекватный, то есть требуемый конечный результат развития) во многом определяется тем, насколько правильно она определила себя относительно времени эмбриогенеза и положения в теле развивающегося зародыша. Напротив, неправильное самоопределение клетки во времени и в пространстве (например, вследствие мутаций соответствующих генов) дает аномалии развития, вплоть до пороков.

Важным следствием экспрессии генов с материнским эффектом и генов сегментации является активация гомеозисных генов. Это большой класс генов, которые считаются ключевыми в индивидуальном, эмбриональном, внутриутробном развитии особи, в период развития дефинитивного фенотипа, так как они обеспечивают качественную спецификацию сегментов, т.е. определяют, из клеточного материала какого конкретного сегмента — головы, груди,брюшка — какие дефинитивные структуры будут сформированы.

Гомеозисные гены (гены-“господа”) относятся к селекторным генам, т.е. таким, которые

активируют или, напротив, подавляют другие гены, продукты которых уже прямо

вовлечены в процесс формирования различных органов (фенотипических признаков).

Гомеозисные гены кодируют белки-факторы транскрипции, скоординировано

регулирующие транскрипцию генов начальных звеньев генетических

формообразовательных программ. Белки-продукты этих последних, в свою очередь,

влияют на экспрессию большого числа “нижестоящих” генов-мишеней (гены-“рабы”),

участвующих в реализации генетической программы образования конкретной структуры

или органа. Таким образом, гомеозисные гены определяют выбор дифференцировки

целого участка тела развивающегося организма.

Белковые продукты гомеозисных генов содержат специфическую последовательность из 60 остатков аминокислот — гомеодомен , обладающую высоким сродством к некоторым последовательностям нуклеотидов ДНК, с помощью которой они связываются с этими сайтами ДНК и таким образом влияют на экспрессию многих других генов. Так, у дрозофилы белковый продукт гомеозисного гена Antennapedia активирует гены, которые определяют структуру второго грудного сегмента, содержащего ноги и крылья, и репрессирует гены, вовлеченные в формирование глаз и антенн. Гомеодомен кодируется последовательностью из 180 п.н., называемой гомеобокс, которую содержит каждый из гомеозисных генов.

Гомеобокс впервые был обнаружен в составе генов, контролирующих развитие, в частности, в составе гомеозисных генов, у дрозофилы. Однако многие гены, содержащие гомеобокс, не являются гомеозисными. Таким образом, гомеобокс — это особая последовательность нуклеотидов, а гомеозисность — это потенциальная возможность образования гомеозисной мутации.

В различных таксонах гомеозисным генам были даны разные названия, что привело к путанице в номенклатуре. Так, в случае некоторых первичноротых (дрозофила) гомеозисные гены составляют два кластера Antennapedia и Bithorax , которые вместе называют HOM-C (гомеозисный комплекс, англ., Hom eotic C omplex ). В случае вторичноротых (большинство позвоночных, включая человека) гомеозисные гены называют Нох -генами и в геноме выявлено четыре их кластера: HoxА , HoxB , HoxC и HoxD . В настоящее время гомеозисные гены первичноротых также часто называют Hox -генами, несмотря на то, что это и не вполне верно.

Хотя в ходе эволюции в гомеозисных генах животных, принадлежащих к разным таксонам, изменения в нуклеотидных последовательностях ДНК происходили и накапливались, последовательность нуклеотидов в области их гомеобоксов демонстрирует высочайший консерватизм. Сказанное иллюстрирует факт функциональной равнозначности кодируемых названными генами белков, содержащих гомеодомен. В частности, развитие мухи с соответствующим гомеозисным генами курицы протекает нормально. несмотря на то, что общий предок курицы и мухи существовал порядка 670 млн лет назад, гомеозисные гены курицы и мухи до такой степени функционально схожи, что могут заменить друг друга.

Было бы ошибкой думать, что продукт функционально-генетической активности определенного Нох -гена, связываясь с регуляторными последовательностями 10–20 других генов, включает их или выключает. В реальности этот ген в разных частях эмбриона может транскрибироваться с различными скоростями, а благодаря альтернативному сплайсингу он может кодировать аминокислотные последовательности разных (многих) белков. Белки-продукты экспрессии такого гена, взаимодействуя с другими белками-транскрипционными факторами, совместно регулируют экспрессию конкретного гена-мишени. Описанная выше картина вполне реальна, так что общий эффект продукта экспрессии данного Нох -гена может варьировать в широких пределах.

Исследования по секвенированию геномов разных животных (область интересов сравнительно-эволюционной геномики) показали, что упорядоченность расположения Hox -генов в хромосомах отнюдь не является общим признаком. Выяснилось, например, что у иглокожих первые три Hox -гена кластера размещаются перед последним четырнадцатым, а кластер начинается с пятого гена. У нематод и оболочников (Асцидии) Hox -гены вообще не образуют кластеров, то есть закономерная последовательность их расположения в хромосомах не соблюдается вовсе. Можно думать о том, что у представителей некоторых таксонов порядок экспрессии Hox -генов в различных частях эмбриона не соответствует порядку их расположения на хромосоме. Таким образом, допустим вывод, что последовательность включения Hox -генов зависит, помимо места названных генов на хромосоме, еще от каких-то факторов.

Между гомеозисными генами расположены участки ДНК, совсем недавно считавшиеся бессмысленными. Сейчас установлено, что они кодируют короткие молекулы регуляторных РНК — микроРНК . Некоторые из них усиливают, тогда как другие ослабляют экспрессию Hox -генов, а третьи косвенно влияют на функцию других транскрипционных факторов.МмикроРНК, о которых идет речь, регулируют как соседние, так и отдаленные Hox -гены.

У многих представителей мира жизни, включая человека, большинство и(м)РНК Нох -генов предсинтезируются в созревающей яйцеклетке и/или в клетках предимплантационных зародышей. Набор предсинтезированных и(м)РНК многих Нох -генов сохраняется в зародыше до начала гаструляции и, даже, до нейруляции. У млекопитающих, например, предобразованные и(м)РНК рассматриваемых генов выявлены на стадии регионализации нервной пластинки. Таким образом, в онтогенетическом развитии Нох -гены, как и ряд других генов, функционируют с опережением .

Кодируемые Нох -генами белки, подобно многим другим транскрипционным факторам, участвуют не только в актах раннего развития; они функционируют также на более поздних стадиях индивидуального развития, фактически в клетках ряда сформированных органов и тканей.

Так, появление определенных белков генного кластера НохС в нервных клетках спинного мозга направляет их дифференцировку в соответствии с функциями конкретного участка названной части ЦНС. Сопоставление данных анализа места (вдоль спинного мозга) и времени появления белков, контролируемых генами кластера НохС , в отдельных двигательных нейронах с результатами картированияе локализации этих клеток в передних рогах спинного мозга показало, что внутри каждого фрагмента спинного мозга, обеспечивающего двигательную иннервацию отдельной части организма, например, конечности, имеется, по крайней мере, 50 различных типов нейронов. Для каждого типа выявлена четкая схема экспрессии Нох -генов, в соответствии с которой осуществляется дифференцировка двигательных нейронов и их соединение с иннервируемыми мышцами. Первоначально экспрессия генов кластера НохС приводит к подразделению групп нейронов по участкам позвоночного столба, затем определяется, с какими мышцами — на внешней или на внутренней стороне конечности — будут связаны клетки этих групп, и, наконец, выделяются популяции мотонейронов, связанные с конкретными мышцами. Эти заключения получили подтверждение в данных экспериментов с изменением схемы экспрессии Нох -генов в нейронах спинного мозга. Такого рода изменения приводили к образованию нервных клеток другого типа, которые связывались с другими мышцами.

Стабильность дифференцированного состояния — краеугольный камень развития. В целях поддержания достигнутого благодаря экспрессии гомеозисных генов дифференцированного состояния клеток в геноме дрозофилы функционирует два генных комплекса: Polycomb и Trithorax . Названные генные комплексы сохраняют сформированный рисунок экспрессии гомеозисных генов, локально изменяя конформацию (состояние) хроматина. Белки генов группы Polycomb подавляют экспрессию, а продукты генов Trithorax , напротив, сохраняют транскрипцию гомеозисных генов. Описанная система регуляции экспрессии гомеозисных генов эволюционно исключительно консервативна. Для всех генов комплексов Polycomb и Trithorax дрозофилы существуют гомологичные гены у млекопитающих. Более того, найдены сходные регуляторные элементы, взаимодействуя с которыми белки, кодируемые генами указанных двух комплексов, предотвращают изменения транскрипционной программы, характерной для конкретного типа клеток. Предположительно эта система регулирует функциональную активность многих других генов (помимо гомеозисных), что свидетельствует о фундаментальном характере и эффективности данного онтогенетического механизма.

Мутации в виде делеций генов Hox D 3, Нох B 4, Hox D 9, Нох D 11 приводят к тяжелым аномалиям скелета. Парная делеция генов Нох A 2 и Нох A 3 вызывает дефекты развития костно-мышечной системы лица, шеи, аномалии развития тимуса, щитовидной железы.

Гены Рах1 и Рах9 экспрессируются при развитии позвоночного столба, зачатков конечностей и тимуса, где они демонстрируют перекрывающиеся рисунки экспрессии. У мышей мутации генов Рах1 и Рах9 вызывают дефекты скелета, а мутации гена Рах9 могут также приводить к отсутствию тимуса и паращитовидной железы. У человека мутации гена Рах9 вызывают олигодонтию — неразвитие шести и более постоянных зубов.

Ген Рах3 экспрессируется у млекопитающих в дорзальной части нервной трубки — области, в которой формируются мигрирующие клетки нервного гребня (см. 7.4.3.2). Мутации названного гена приводят к нарушению развития клеток-производных нервного гребня и к развитию у человека, в частности, болезни Гиршспрунга (отсутствие и/или неизбежная гибель, обычно ранняя нервных клеток в мышечном и подслизистом сплетениях толстой кишки с нарушением вследствие этого ее перистальтики, копростазом и интоксикацией) и синдрома Ваарденбурга (глухота, частичный альбинизм и другие нарушения).

Совместная экспрессия генов Рах3 и Рах7 отмечается в предшественницах мышечных клеток, что необходимо для образования в онтогенезе скелетных мышц.

Функция гена Рах6 является ключевой в развитии глаз и носа. У людей, гетерозиготных по мутации этого гена, может наблюдаться аниридия (отсутствие радужной оболочки глаза) и катаракта (помутнение хрусталика).

Полагают, что транскрипционный фактор, кодируемый геном Рах2 , участвует в процессе дифференцировки клеток почек. Белок гена Рах5 известен как специфический транскрипционный фактор В -лимфоцитов. Предположительно его синтез существенен для нейрогенеза, сперматогенеза и дифференцировки В -лимфоцитов (система гуморального иммунитета).

Таким образом, генетический контроль онтогенеза очевиден, причем известно мнение

о существовании ряда универсальных закономерностей генетической регуляции

Очевидно, что генетический контроль развития существует, ибо как тогда понять, почему из яйца крокодила развивается крокодил, а из яйца человека — человек. Каким образом гены определяют процесс развития? Это центральный и очень сложный вопрос, к которому ученые начинают подходить, но для всеобъемлющего и убедительного ответа на него данных явно недостаточно. Главным приемом ученых, изучающих генетику индивидуального развития, является использование мутаций. Выявив мутации, изменяющие онтогенез, исследователь проводит сравнение фенотипов мутантных особей с нормальными. Это помогает понять, как данный ген влияет на нормальное развитие. С помощью многочисленных сложных и остроумных методов стараются определить время и место действия гена.

Для анализа генетического контроля необходимо, кроме того, знать место первичного действия данного гена, т.е. следует различать случаи относительной, или зависимой, плейотропии от прямой, или истинной, плейотропии. В случае относительной плейотропии, как, например, при серповидно-клеточной анемии, существует одно первичное место действия мутантного гена — гемоглобин в эритроцитах, а все остальные наблюдаемые при ней симптомы, такие, как нарушение умственной и физической деятельности, сердечная недостаточность, местные нарушения кровообращения, увеличение и фиброз селезенки и многие другие, возникают как следствие аномального гемоглобина. При прямой плейотропии все разнообразные дефекты, возникающие в различных тканях или органах, вызываются непосредственным действием одного и того же гена именно в этих разных местах.

Рис. 8.14. Участки политенных хромосом дрозофилы

с указанием расположения комплексов ANT-C(I) и ВХ-С(II)

и генов, входящих в эти комплексы

Наконец, следует различать еще два способа действия мутаций на фенотип, вызывающих дизруптивные либо гомеозисные изменения. В первом случае, и это бывает чаще всего, мутации приводят к нарушению нормального развития, отсутствию или аномальному строению органов. В других случаях отклонение от нормы заключается в том, что под действием мутации типичный орган замещается гомологичным или совсем другим, но с нормальным строением. Это особый класс мутаций, описанный у насекомых и получивший название гомеозисных мутаций.

Рис. 8.15. Расположение гомеозисных комплексов мутантных генов

ANT-C и ВХ-С в геноме дрозофилы:

X, 2, 3, 4 —икс-, вторая, третья и четвертая хромосомы; черной точкой обозначены центромеры, латинскими буквами — некоторые гены

Обширные генетические исследования гомеозисных мутаций у дрозофилы показали, что эти комплексы генов отвечают за направление развития сегментов тела, т.е. являются как бы морфогенетическими переключателями. Этот вывод имеет большое теоретическое значение, так как позволяет предположить наличие таких генов-переключателей направления развития и у других видов организмов.

В предыдущих разделах были приведены примеры генетически запрограммированных процессов клеточного деления, клеточных миграций, клеточной гибели и клеточной дифференцировки, которые проявляются избирательно, т.е. в определенный период и в определенном месте. Можно привести еще множество примеров мутаций, которые показывают, как и когда действуют гены.

Существуют мутации, которые указывают на существование у многих видов животных так называемых генов с материнским эффектом. Особенность этих генов состоит в том, что материнский геном во время овогенеза продуцирует ферменты, необходимые для метаболизма раннего зародыша, а также передает информацию, касающуюся расположения и организации структур зародыша, т.е. оказывает влияние на морфогенез. Поэтому самка, гомозиготная по рецессивному мутантному аллелю и продуцирующая аномальные яйца, даже при скрещивании с нормальным самцом дает нежизнеспособное потомство. Сама же она развивалась вполне нормально, поскольку ее мать в этом случае могла быть только гетерозиготной и в ее яйцах были все факторы, необходимые для раннего развития. Интересно, что если в дефектные яйца рецессивной самки ввести цитоплазму от нормальных яиц, то зародыши будут спасены. Факторы, детерминируемые генами с материнским эффектом, обычно оказывают свое влияние на зародыш до периода гаструляции. Начиная с гаструляции все большую роль играет информация самого зародыша.

Известны и другие мутации, оказывающие влияние на раннее развитие, но не связанные с материнским эффектом. К ним относятся, например, мутации рибосомных генов. У шпорцевой лягушки (Xenopus laevis) мутанты были лишены части или всех рибосомных генов. Цитологически это проявлялось в полном или частичном отсутствии ядрышка. В гомозиготном состоянии мутантных аллелей зародыши становятся полностью нежизнеспособными на стадии выклева, так как у них не образуются новые рибосомы, а те, что были запасены в яйце, уже полностью использованы.

У мышей также известен целый ряд рецессивных мутаций сложного локуса Т 17-й хромосомы, затрагивающих раннее развитие. Локус Т представлен множеством (117) аллелей, обозначаемых знаком t с дополнительными индексами: t 1 , t 2 , t 3 и т.д. Около 30% t-генов в гомозиготном состоянии вызывает гибель зародышей, часть аллелей являются полулетальными. Весь этот ряд рецессивных аллелей t распадается на восемь групп, которые могут быть комплементарны друг другу и в гетерозиготном состоянии не приводить к гибели зародыша.

Известны также и пять доминантных мутаций Т-локуса. Каждая из восьми групп обусловливает разного рода дефекты. Один из аллелей останавливает превращение морулы в бластоцисту, состоящую из трофобласта и эмбриобласта. Такие морулы гибнут. Другая мутация приводит к тому, что развившийся трофобласт не вступает в контакт со стенкой матки и зародыш тоже гибнет. Третьи мутантные зародыши не образуют внезародышевой эктодермы, у четвертых — гибнут клетки зародышевой эктодермы, у пятых — клетки зародышевой эктодермы не способны мигрировать в области первичной полоски и образовывать мезодерму, у шестых — уже образовавшиеся структуры нервной системы дегенерируют и т.д. Первичное нарушение, лежащее в основе всех этих эффектов, всего лишь одного локуса пока не выяснено. Однако очевидно, что локус Т играет первостепенную роль в морфогенезе эктодермы мышиного зародыша и организма в целом.

Известны мутации с более специфическим действием. У аксолотля мутация с (cardial lethal), наследуемая как простой аутосомно-рецессивный признак, вызывает нарушение развития сердца и его неспособность к сокращениям. Мутантные особи раздуты переполняющей их жидкостью, а пищеварительная система и жабры у них недоразвиты. Установлено, что у позвоночных сердце развивается в результате индукционного воздействия со стороны головного участка энтодермы. Опыты по пересадке сердечной мезодермы показали, что мутантные зародыши не могут обеспечить развитие сердца из подсаженной нормальной сердечной мезодермы. Это указывает на отсутствие индукционной активности головного участка энтодермы у мутанта с генотипом cc.

Неразрывную связь генов с морфогенезом отдельных органов и систем органов можно наблюдать также на примере мутации Tfm (Testicular feminization locus) у млекопитающих. У человека, мышей и крыс этот ген наследуется как сцепленный с полом. Самки, гетерозиготные по мутантному гену, т.е. Х Tfm X, по существу, нормальны, но половина их генотипически мужских потомков Х Tfm Y имеют женский фенотип и стерильны. В основе этого дефекта лежит отсутствие специфического белка, служащего рецептором тестостерона. У особей Х Tfm Y рецептор не синтезируется. Самки Х Tfm Х Tfm нормальны во всех отношениях и фертильны. Это свидетельствует о том, что нормальное половое развитие самки может проходить без продукта этого гена.

Органогенез — период, когда действие мутаций проявляется в большой мере. Развитие каждого органа и тем более системы органов контролируется совокупным координированным действием сотен генов. У человека известны свыше 120 форм наследственной глухоты, которые возникают в результате экспрессии мутантных генов, отвечающих за формирование слухового анализатора. У человека описано также около 250 наследственных поражений глаз, около 150 наследственных аномалий развития скелета, не менее 18 генов, отвечающих за нормальную дифференциацию пола. О значении генетического контроля онтогенеза говорят многочисленные болезни, связанные с геномными и хромосомными мутациями.

В целом генетический контроль онтогенеза очевиден, однако в процессе развития зародыш и его части обладают способностью к саморазвитию, регулируемому самой целостной развивающейся системой и не запрограммированному в генотипе зиготы.

Рис. 8.14. Участки политенных хромосом дрозофилы

с указанием расположения комплексов ANT-C(I) и ВХ-С(II)

и генов, входящих в эти комплексы

Рис. 8.15. Расположение гомеозисных комплексов мутантных генов

ANT-C и ВХ-С в геноме дрозофилы:

Регуляция экспрессии генов в процессе развития организмов осуществляется на всех этапах синтеза белка как по типу индукции, так и по типу репрессии, причем контроль на уровне транскрипции определяет время функционирования и характер транскрипции данного гена.

Модель 1 каскадной эмбриональной индукции объясняет определенную смену стадий онтогенеза путем последовательной активации соответствующих стадиоспецифических генов. Так, индуктор 1 взаимодействует с сенсорным геном (С), активируя ген-интегратор (И), продукт деятельности которого действует через промотор (П1) на структурные гены (СГ1, СГ2, и СГ3) В свою очередь, продукт деятельности структурного гена СГ3 является индуктором 2 для структурных генов СГ4, СГ5 и т.д. В процессе развития происходит также репрессия генов более ранних стадий развития.

Главным приемом ученых, изучающих генетику индивидуального развития, является использование мутаций. Выявив мутации, изменяющие онтогенез, исследователь проводит сравнение фенотипов мутантных особей с нормальными. Это помогает понять, как данный ген влияет на нормальное развитие.

Следует различать два способа действия мутаций на фенотип, вызывающих дизруптивные либо гомеозисные изменения. В первом случае, и это бывает чаще всего, мутации приводят к нарушению нормального развития, отсутствию или аномальному строению органов.

В других случаях отклонение от нормы заключается в том, что под действием мутации типичный орган замещается гомологичным или совсем другим, но с нормальным строением. Это особый класс мутаций, описанный у насекомых и получивший название гомеозисных мутаций.

Существуют мутации, которые указывают на существование у многих видов животных так называемых генов с материнским эффектом. Особенность этих генов состоит в том, что материнский геном во время овогенеза продуцирует ферменты, необходимые для метаболизма раннего зародыша, а также передает информацию, касающуюся расположения и организации структур зародыша, т.е. оказывает влияние на морфогенез. Поэтому самка, гомозиготная по рецессивному мутантному аллелю и продуцирующая аномальные яйца, даже при скрещивании с нормальным самцом дает нежизнеспособное потомство. Сама же она развивалась вполне нормально, поскольку ее мать в этом случае могла быть только гетерозиготной и в ее яйцах были все факторы, необходимые для раннего развития. Интересно, что если в дефектные яйца рецессивной самки ввести цитоплазму от нормальных яиц, то зародыши будут спасены. Факторы, детерминируемые генами с материнским эффектом, обычно оказывают свое влияние на зародыш до периода гаструляции. Начиная с гаструляции все большую роль играет информация самого зародыша.

У мышей также известен целый ряд рецессивных мутаций сложного локуса Т 17-й хромосомы, затрагивающих раннее развитие. Локус Т представлен множеством (117) аллелей, обозначаемых знаком t с дополнительными индексами: t1, t2, t3 и т.д. Около 30% t-генов в гомозиготном состоянии вызывает гибель зародышей, часть аллелей являются полулетальными. Весь этот ряд рецессивных аллелей t распадается на восемь групп, которые могут быть комплементарны друг другу и в гетерозиготном состоянии не приводить к гибели зародыша. Известны также и пять доминантных мутаций Т-локуса. Локус Т играет первостепенную роль в морфогенезе эктодермы мышиного зародыша и организма в целом.

7. Целостность онтогенеза Детерминация Детерминацией называют возникновение качественных различий между частями развивающегося организма, которые предопределяют дальнейшую судьбу этих частей прежде, чем возникают морфологические различия между ними. Детерминация предшествует дифференцировке и морфогенезу. Исторически явление детерминации было обнаружено и активно обсуждалось в конце XIX в. В. Ру в 1887 г. укалывал горячей иглой один из первых двух бластомеров зародыша лягушки. Убитый бластомер оставался в контакте с живым. Из живого бластомера развивался зародыш, но не до конца и только в виде одной половины. Из результатов опыта Ру сделал вывод о зародыше как мозаике бластомеров, судьба которых предопределена. В дальнейшем стало ясно, что в описанном опыте Ру убитый бластомер, оставаясь в контакте с живым, служил препятствием для развития последнего в целый нормальный зародыш. В 90-х гг. прошлого столетия О. Гертвиг и другие исследователи показали, что при полном разделении двух бластомеров амфибий из каждого развивается целый нормальный зародыш. Впоследствии многие ученые производили опыты по разделению бластомеров на разных этапах дробления у разных видов животных. Результаты оказались тоже разными. У многих беспозвоночных, например у гребневиков, круглых червей, спирально дробящихся кольчатых червей и моллюсков, а также у ящериц, изолированные бластомеры дают такие же зачатки, какие получаются из них при нормальном развитии. Они как бы обладают способностью к самодифференцировке. Яйца таких животных назвали мозаичными. Очень четко это показано у гребневиков, обладающих в норме восемью рядами гребных пластинок. При развитии зародыша из 1/2 яйца получается четыре ряда гребных пластинок, из 1/4—только два, из 1/8—один ряд. На этом основании предположили, что у подобных форм в период овоплазматической сегрегации достигается жесткая, необратимая расстановка структур. Приведенные примеры показывают, что детерминация связана не со свойствами отдельных клеток, но со свойствами развивающегося организма как целостной системы, обладающей взаимосвязанными и взаимозависимыми частями.

8 Эмбриональная регуляция Сохранение нормального хода развития целого зародыша после его нарушения, естественного или искусственного, получило название эмбриональной регуляции, а достижение нормального конечного результата развития разными путями —эквифинальности. Для изучения регуляционных возможностей зародышей использовали следующие методические приемы: 1) удаление части материала зародыша; 2) добавление избыточного материала; 3) перемешивание материала, а также изменение пространственного взаиморасположения путем центрифугирования или сдавления. Эти манипуляции проводили на стадиях яйца, зиготы, дробления, гаструляции и органогенеза. Потенции — это максимальные возможности элементов зародыша, т.е. направления их развития, которые могли бы осуществиться. В норме реализуется лишь одно из них, а остальные могут быть выявлены в эксперименте. Широкие потенции называют еще тотипотентностью. В отношении млекопитающих было высказано предположение, что в их зародышах предетерминированные локализованные участки цитоплазмы не играют никакой роли. Эмбриональные регуляции были открыты немецким эмбриологом Г. Дришем (1908). Таким образом, детерминация и эмбриональная регуляция являются противоположными свойствами и теснейшим образом взаимосвязаны в системе целостного развивающегося зародыша.

9. Морфогенез Морфогенез — это процесс возникновения новых структур и изменения их формы в ходе индивидуального развития организмов. Морфогенез, как рост и клеточная дифференцировка, относится к ациклическим процессам, т. е. не возвращающимся в прежнее состояние и по большей части необратимым. Морфогенез на надклеточном уровне начинается с гаструляции. У хордовых животных после гаструляции происходит закладка осевых органов. В этот период, как и во время гаструляции, морфологические перестройки охватывают весь зародыш. Следующие затем органогенезы представляют собой местные процессы. Внутри каждого из них происходит расчленение на новые дискретные (отдельные) зачатки. Так последовательно во времени и в пространстве протекает индивидуальное развитие, приводящее к формированию особи со сложным строением и значительно более богатой информацией, нежели генетическая информация зиготы. Таким образом, морфогенез представляет собой многоуровневый динамический процесс. В настоящее время уже многое известно о тех структурных превращениях, которые происходят на внутриклеточном и межклеточном уровнях и которые преобразуют химическую энергию клеток в механическую, т. е. об элементарных движущих силах морфогенеза. В настоящее время разрабатывают несколько подходов к проблеме регуляции и контроля морфогенеза. Концепция физиологических градиентов, предложенная в начале XX в. американским ученым Ч. Чайльдом, заключается в том, что у многих животных обнаруживаются градиенты интенсивности обмена веществ и совпадающие с ними градиенты повреждаемости тканей. Эти градиенты обычно снижаются от переднего полюса животного к заднему. Они определяют пространственное расположение морфогенеза и цитодифференцировки.

Более современной является концепция позиционной информации, по которой клетка как бы оценивает свое местоположение в координатной системе зачатка органа, а затем дифференцируется в соответствии с этим положением.

Концепция морфогенетических полей, базирующаяся на предположении о дистантных либо контактных взаимодействиях между клетками зародыша, рассматривает эмбриональное формообразование как самоорганизующийся и самоконтролируемый процесс. Предыдущая форма зачатка определяет характерные черты его последующей формы. Кроме того, форма и структура зачатка способны оказать обратное действие на биохимические процессы в его клетках. Были предложены математические модели формообразования, например, перехода эмбрионального головного мозга из стадии одного пузыря в стадию трех пузырей.

10. Критические периоды в онтогенезе человека С конца XIX в. существует представление о наличии в онтогенетическом развитии периодов наибольшей чувствительности к повреждающему действию разнообразных факторов. Эти периоды получили название критических, а повреждающие факторы — тератогенных.

Периоды онтогенеза человека

Возможные нарушения развития

Предымплантационный и имплантационный Период гисто- и органогенеза и начала плацентации Перинатальный период (роды) Период новорожденности

1. Малая медицинская энциклопедия. — М.: Медицинская энциклопедия. 1991—96 гг. 2. Первая медицинская помощь. — М.: Большая Российская Энциклопедия. 1994 г. 3. Энциклопедический словарь медицинских терминов. — М.: Советская энциклопедия. — 1982—1984 гг .

Смотреть что такое "Генетический контроль" в других словарях:

генетический контроль — обусловленность биохимических, физиологических или морфогенетических процессов генотипом особи … Большой медицинский словарь

Негативный генетический контроль н регуляция — Негативный генетический контроль, н. регуляция * негатыўны генетычны кантроль, н. рэгуляцыя * negative gene control or n. regulation прекращение экспрессии гена путем связывания специфического репрессорного белка () оператором, расположенным… … Генетика. Энциклопедический словарь

МОНИТОРИНГ ГЕНЕТИЧЕСКИЙ — Контроль и наблюдение за генетической ситуацией в группе живых организмов (вид, популяция, порода и т.д.). Позволяет контролировать частоты тех или иных генов, выявлять носителей летальных и полулетальных мутаций, определять уровень… … Термины и определения, используемые в селекции, генетике и воспроизводстве сельскохозяйственных животных

Код Генетический (Genetic Code) — информация, содержащаяся в молекулах ДНК и информационной (матричной) РНК, которая определяет последовательность аминокислот в каждом белке и таким образом осуществляет контроль за природой всех входящих в состав клетки белков. Генетический код… … Медицинские термины

КОД ГЕНЕТИЧЕСКИЙ — (genetic code) информация, содержащаяся в молекулах ДНК и информационной (матричной) РНК, которая определяет последовательность аминокислот в каждом белке и таким образом осуществляет контроль за природой всех входящих в состав клетки белков.… … Толковый словарь по медицине

Мониторинг генетический — * маніторынг генетычны * genetic monitoring слежение за динамикой генетической структуры популяций, включающее контроль темпа мутационного процесса. Может проводиться на основе мониторинга большего или меньшего числа наследственных признаков (в т … Генетика. Энциклопедический словарь

Генетика развития растений — (биология развития растений) частная отрасль генетики, изучающая особенности развития растений, гены, экспрессирующиеся и обеспечивающие нормальное формирование и функционирование тканей и органов растений. Генетика развития растений является… … Википедия

Генетика — I Генетика (греч. genētikos относящийся к происхождению) наука о наследственности и изменчивости организмов. Термин предложен в 1906 г. английским биологом Бейтсоном (W. Bateson). Способность организма обеспечивать в ряду поколений… … Медицинская энциклопедия

Феноптоз — Август Вейсман Феноптоз (гипотеза запрограммированной смерти) выдвинутая в 80 х годах XIX века Августом Вейсманом,[1] … Википедия

Список модельных объектов (биология) — Содержание 1 Модельные организмы 1.1 Вирусы 1.2 Археи 1.3 Эубактерии … Википедия

На всех этих стадиях развития у многоклеточных животных геном обычно не функционирует. На снимках: развитие медузы Aequorea от первого деления зиготы до бластулы (фото с сайта raven.zoology.washington.edu)

Типичная гаструла многоклеточного животного. A — эктодерма (наружный зародышевый листок), B — бластоцель (первичная полость тела), C — первичная кишка, D — энтодерма (внутренний зародышевый листок), E — бластопор (первичный рот). Фото: Dr. Anna E. Ross, Christian Brothers University, TN (с сайта coris.noaa.gov)

Зародыш между тем претерпевает сложные превращения. Яйцеклетка начинает дробиться, число клеток эмбриона растет в геометрической прогрессии: 2, 4, 8, 16, 32. Наконец формируется однослойный шар из клеток (бластула). Клетки, находящиеся на одном из полюсов бластулы, мигрируют внутрь, давая начало второму зародышевому листку (энтодерме), из которой позже разовьется кишечник. На этой стадии двуслойный зародыш называется гаструлой. Только на этом этапе у многих животных начинают наконец включаться гены, унаследованные от папы с мамой. У других это происходит чуть раньше — на стадии бластулы. И только млекопитающие — группа уникальная во многих отношениях — включают свои гены еще раньше (например, мышь делает это на стадии двух клеток).

Ответ на первый вопрос более или менее ясен. Яйцеклетка содержит большое количество матричных РНК, унаследованных от материнского организма. Эти мРНК считываются с материнских генов заблаговременно, в процессе созревания яйцеклетки. Именно они обеспечивают синтез белков, необходимых для ранних стадий онтогенеза. В определенный момент материнские мРНК начинают уничтожаться. Это происходит как раз тогда, когда зародыш начинает сам производить мРНК, то есть включает свои гены. Этот довольно быстрый процесс замены зародышем материнских мРНК на свои собственные называется maternal-zygotic transition (MZT).

Впрочем, ни одна из этих теорий не объясняет всей совокупности имеющихся фактов. Например, они не в состоянии объяснить, почему эмбриональные гены включаются постепенно, в строго определенном порядке, а единичные гены могут быть включены уже на самых ранних стадиях дробления.

Источник: Alexander F. Schier. The Maternal-Zygotic Transition: Death and Birth of RNAs // Science. 2007. V. 316. P. 406–407.

Читайте также: