Головна

Диференціація і детермінація

  1. В результаті відзначається взаємопроникнення професійної та організованої злочинності, їх взаімодетермінація.
  2. Землеробство: детермінація метою
  3. Об'єктивна ДЕТЕРМІНАЦІЯ ДЕРЖАВНОГО УПРАВЛІННЯ
  4. Психологічна детермінація післядипломної освіти
  5. Семінар №1. Детермінація злочинності. Загальні і спеціальні умови детермінації злочинності в Росії.
  6. Соціальна детермінація свідомості. Свідомість, мислення, мова.

Розділ генетики, що вивчає генетичні основи індивідуального розвитку (онтогенезу), називається Феногенетика. Онтогенез включає збільшення маси організму (зростання) і структурно-функціональну диференціацію складових його клітин. Поняття «зростання» і «розвиток» застосовні як до одноклітинних, так і до багатоклітинних еукаріотичних організмів, однак специфіка онтогенезу тих і інших обумовлена ??глибокими еволюційними відмінностями між ними, пов'язаними з виникненням многоклеточности. У даній темі розглядаються в основному питання, що стосуються генетичної регуляції онтогенезу багатоклітинних тварин.

Індивідуальний розвиток починається з заплідненої яйцеклітини. Однак вже організм новонародженої дитини містить близько 1014 клітин, а тіло дорослої людини складається з 1015-1016 клітин. В результаті процесів, що відбуваються в онтогенезі, формуються органи і тканини, що виконують, як правило, обмежене число функцій. Структура клітин тканин дорослого організму відрізняється, і досить помітно, від структури яйцеклітини і пристосована до виконання тканеспецифических функцій, що виникають в ході диференціювання. Диференціація - Це процес формування структурно-функціональної організації клітин багатоклітинних тварин і рослин, в результаті якого клітини набувають здатність до виконання певних функцій в складному організмі. Диференційоване стан в нормі стабільно: Клітини нервової тканини не перетворюються в печінкові або епітеліальні клітини кишечника, і навпаки.

радянський біолог А. А. Заварзін відкрив основну тенденцію в еволюції тканинних клітин: в міру ускладнення організації їх носіїв вони все більше і більше стають частинами цілого, втрачають самостійність і в своїх проявах цілком залежать від надклеточних регуляційних систем: внутрішньо-і міжтканинних відносин, гуморальних і нервових чинників. Іншими словами, соматичні клітини тварин еволюціонують як субодиниці цілісного організму. Звідси ясно, що цей принцип був би порушений, якби відбувалося постійне перетворення одних клітин в інші. У свою чергу, це порушило б гомеостатические реакції організму і різко знизило б його стійкість до зовнішніх чинників. Взаємодія клітин тканин і надклеточних регуляційних систем засновано на компетентності, Т. Е. Сприйнятливості клітин до регуляційних впливів. Фактично всі основні функції диференційованих клітин контролюються організмом. Цей принцип порушується в злоякісних пухлинах.

Кінцева диференціювання часто пов'язана з втратою здатності клітин до розмноження - проліферації. Активна проліферація і функціонування - процеси в нормі, як правило, взаємовиключні. Це, ймовірно, і є причиною того, що, наприклад, нервові клітини ссавців діляться останній раз в ембріональному і ранньому постембріональному періодах, а клітини нервових гангліїв дрозофіли - в личинкової стадії. При розвитку дорослого організму формуються комплекси, що складаються з багатьох нервових клітин, що виконують різні функції, починаючи від чутливого нейрона і закінчуючи руховим. Якби нервові клітини постійно ділилися в дорослому організмі, то підтримку цілісності цих комплексів було б неможливо і це, безсумнівно, мало б катастрофічні наслідки для нервової регуляції.

Отже, диференційоване стан проявляється в специфічному «портреті» соматичних клітин і їх функціональну характеристику. Однак в проліферуючих тканинах клітини диференційовані в різному ступені. Наприклад, в епітелії на вершині ворсинки знаходяться клітини, які досягли кінцевої стадії диференціювання, тоді як клітини в криптах - камбіальних відділах кишкового епітелію - морфологічно сильно відрізняються від клітин вершини ворсинок. Однак з недиференційованих клітин крипт можуть виникнути тільки епітеліальні клітини кишечника. В цьому випадку можна стверджувати, що клітини крипт детерміновані, т. Е. Можуть розвиватися тільки в якомусь певному напрямку. Детермінація починається в ранньому ембріогенезі і поступово звужує число можливих перетворень клітин до одного будь-якого диференційованого стану або дуже небагатьох.

У дослідах з пересадки ядер на амфібія, проведених в 50-і роки, було показано, що повноцінний розвиток може бути забезпечено тільки ядрами, взятими на самих ранніх стадіях розвитку тварин. Такі ядра називаються поліпотентними, т. Е. Здатними повторити все стадії розвитку організму і дати всі типи клітин. Ядра, взяті з сформувалися первинних зародкових тканин, таку здатність втрачають. Наприклад, ектодермальние ядра, пересаджені в енуклеірованную яйцеклітину, приводили до розвитку зародка з дефектною ентодермою, і, навпаки, ентодермальні ядра не здатні утворювати ектодерму. Пізніше було показано (див. Нижче), що при певних експериментальних умовах тотіпотентность ядер клітин навіть диференційованих тканин може бути відновлена, проте важливо підкреслити, що в нормі процеси звуження потенцій ядер соматичних клітин розвиваються є незворотнім.

Цікаві факти, що стосуються детермінації, були отримані на дрозофілі. Як відомо, багато комах, у тому числі і дрозофіла, розвиваються шляхом повного метаморфоза. Це означає, що на стадії лялечки відбувається лізис личинкових тканин, крім нервових гангліїв, гонад і імагінальних дисків. З імагінальних дисків шляхом проліферації і диференціювання розвиваються органи дорослої мухи. Вони складаються з диференційованих постмітотіческіх неделящихся клітин. Іма-гінальние диски можна виділити з личинки і трансплантувати в черевце дорослих самок. Там під впливом гормонів реципієнта вони проліферують без диференціювання. Якщо їх повернути в порожнину тіла личинки незадовго до окукливания, то вони диференціюються в суворій відповідності зі своїм походженням. Так, імагінальние диски, що визначають розвиток очей, навіть якщо вони пересаджені в незвичайне місце, наприклад в черевну частину тіла іншої личинки, розвиваються в очі.

2. епігеномний спадковість

Виникає питання: який механізм підтримки стабільності диференційованого стану; чому клітини, детерміновані в певному напрямку, скільки б раз вони ні ділилися, зберігають свою специфічність? Вейсман вважав, що в основі детермінації лежать неравнонаследственних ділення. Носієм повної генетичної інформації, тобто детермінантів (генів) всіх ознак дорослого організму, є запліднена яйцеклітина. Тканинні клітини отримують набір генів, що відповідають їх структурою і функціями. Це означає, що в нервових клітинах немає генів гемоглобіну, а в клітинах печінки - генів, що кодують білки м'язів. В якості підтвердження своєї гіпотези Вейсман використовував дані по дімінуція хроматину у кінської аскариди. Він вважав, що дімінуція - це якраз той процес, при якому тканинні клітини звільняються від зайвого генетичного матеріалу. Ця гіпотеза виявилася помилковою. Дімінуціонние ділення (їх зазвичай одне або два) відбуваються в ранньому ембріогенезі (3-7 поділок дроблення), т. Е. Тоді, коли тканини-специфічні гени ще не починають функціонувати. Власне кажучи, дімінуція - це перший акт детермінації, що розділяє зародкові статеві і соматичні клітини. Всі типи тканинних клітин розвиваються після дімінуціонних поділів. Не можна не відзначити, що дімінуція спостерігається у незначного числа з нині відомих видів тварин. Дані цитогенетики показують, що у видів, у яких дімінуція відсутня, каріотін всіх тканинних клітин однакові; цитофотометрія свідчить про те, що клітини різної диференціювання за змістом ДНК не розрізняються; нарешті, дані молекулярної гібридизації нуклеїнових кислот вказують на ідентичність спектра нуклеотиднихпослідовностей в клітинах різних тканин. Отже, гени гемоглобіну присутні не тільки в еритро- ідних клітинах, де вони активно функціонують, але і в клітинах мозку, печінки, нирок та інших тканин.

Таким чином, диференціація відбувається на основі незмінного в кількісному відношенні геному, що зберігає повний спектр всіх своїх компонентів. Однак допускається, що в процесі диференціювання окремі гени вибірково ушкоджуються і в даних тканинних клітинах вже ніколи не будуть функціонувати. В такому випадку в клітинах кишкового епітелію гени гемоглобіну не працюють не тому, що вони там відсутні, а внаслідок пошкодження їх структури або випадання незначних за розмірами послідовностей (типу ТАТА-боксу), що регулюють транскрипцію.

Експериментальні дані, спростували і цю точку зору на механізм диференціації, були отримані англійським вченим Дж. Гердон на початку 60-х років (малюнок 1) на Xenopus laevis. Незапліднені яйцеклітини опромінювали великою дозою ультрафіолету, яка інактивувати ядра, але практично не ушкоджувала цитоплазму. За допомогою мікрохірургічної техніки в такі енуклеірованние яйцеклітини пересідали ядра з диференційованих клітин - епітелію кишечника пуголовка. У деяких випадках вдалося отримати повністю нормальних плідних дорослих особин.

Якщо для досвіду брали ядра однієї особини, то все що розвинулися тварини представляли собою клон, т. Е. Були подібні між собою так само, як однояйцеві близнюки людини. З дослідів Гердона можна зробити два висновки: по-перше, в процесі детермінації і диференціювання не відбувається незворотних ушкоджень геному; по-друге, перенесення ядра тканинної клітини в неоплодотворенное яйце принаймні в деяких випадках призводить до повного повернення диференційованого стану і детермінації.

Малюнок 1. Клонування Xenopus laevis - розвиток дорослої особини з яйцеклітини, ядро ??якої замінено ядром з соматичної клітини кишкового епітелію пуголовка:

1 - неоплодотворенное яйце, 2 - УФ-опромінення, 3 - пуголовок, 4 - кишечник пуголовка, 5 клітини кишкового епітелію, 6 - микропипетка, 7 - ядро ??епітеліальної клітини, 8 - яйце-реципієнт, 9 - бластула, 10 - неделяшаяся клітина , 11- ненормальний ембріон, 12- доросла жаба

Інші приклади часткової оборотності диференційованого стану можуть бути показані за допомогою гібридизації соматичних клітин in vitro. В даний час техніка подібних експериментів досить висока, тому досить легко можна отримати гібриди між клітинами навіть далеких видів з різними типами молекулярної організації генома, наприклад, між клітинами птахів і ссавців. Якщо злити еритроцити птахів, ядра яких повністю втратили генетичну активність, з клітинами HeLa (людського походження), то в отриманих гібридних клітинах швидко активуються еритроцитарні ядра; в них синтезуються РНК, ДНК і білки, специфічні для даного виду птахів. Однак в природі чи існують умови, при яких різко порушується стабільність диференційованого стану, а тим більше відбувається передетермінація. Таким чином, оскільки детермінація та диференціювання не пов'язані з кількісними або якісними змінами генома (в абсолютній більшості випадків), то прийнято вважати, що ці процеси засновані на епігеномний спадковості. Суть її полягає в постійному відтворенні в ряду поколінь соматичних клітин такий надмолекулярной організації хромосом, яка дозволяє функціонувати в кожному типі клітин строго певним наборам генів.

У вищих рослин геном соматичних клітин також в основному репресований, і ця репресія підтримується епігеномний спадковістю. Однак в цьому випадку повна дерепресія генома в культурі рослинної тканини спостерігається частіше. Наприклад, із соматичних клітин моркви і тютюну можна отримати повноцінні фертильні рослини.

Механізм становлення детермінації поки невідомий, проте ясно, що у багатьох тварин, наприклад у амфібій, первинна детермінація пов'язана з хімічною неоднорідністю різних ділянок яйцеклітини. Тому і детермінація ядер, які опинилися в ході дроблення в районі вегетативного полюса, буде інший, ніж тих, які потраплять в цитоплазму анімального полюса.

 




інверсії | транслокації | Геномні мутації. Полиплоидия | Диплоїдний (а), тріплоідний (б) і тетраплоїдний (в) кавуни | Аллополіплоїдія (амфіполіплоідія) | анеуплоїдія | Гаплоїдія | Системні мутації. спонтанні мутації | Закон гомологічних рядів спадкової мінливості М. І. Вавилова | неспадкова мінливість |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати