13.3. Проблема обратимости детерминации

Одним из важнейших и интереснейших вопросов биологии развития является вопрос «прочности» детерминации. Наличие стойкой детерминации к определенным направлениям дифференцировки – одна из фундаментальных характеристик тканевой системы. Можно ли изменить детерминированность, переключить развитие клетки в новом направлении?

Одним из направлений поиска ответа на этот вопрос являются эксперименты по клонированию. Клоном называется клеточная популяция, возникающая из одной исходной соматической клетки, а процесс получения клона называется клонированием. Примером клонирования являются эксперименты с трансплантацией ядер, которые показали принципиальную возможность обратимости изменений при дифференцировке.

Однако проблема тотипотентности, т. е. сохранение клетками способности давать целый организм, не настолько проста, чтобы прийти к однозначному решению.

После успешных опытов Дж. Гердона опыты по трансплантации ядер были продолжены на млекопитающих. До стадии 8 бластомеров клетки зародышей млекопитающих тотипотентны, что подтверждают удачные опыты по развитию организмов из одного бластомера. Другим подтверждением является обратное явление – объединение клеток двух эмбрионов. Организмы, полученные агрегацией генетически различных клеток, называются химерами. Химер можно также получить, вводя клетки ранних эмбрионов (даже одну клетку) в чужеродную бластоцисту. Бластоциста представляет собой стадию эмбриогенеза млекопитающих. Введенные клетки включаются в состав клеточной массы эмбриона-реципиента. У такой химеры клетки перемешаны случайным образом, поэтому ее ткани и органы тоже химерны. Это показало, что каждый тип тканей образуется не из одной клетки-предшественницы, а из группы клеток.

Эксперименты по трансплантации ядер млекопитающих в энуклеированные яйцеклетки вначале были неудачными. Всего 5 % ядер 4-клеточных эмбрионов и около 20 % ядер 2-клеточных зародышей мышей развивались до стадии морулы. Это указывает на быструю потерю тотипотентности в ходе эмбриогенеза. Поэтому сообщение о рождении клонированной овечки Долли в 1997 г. стало настоящей сенсацией. Английский эмбриолог Я. Вильмут использовал ядра клеток молочной железы взрослой овцы, вводя их в энуклеированную яйцеклетку и перенося их затем в овцу-реципиента. Из 250 экспериментов успехом увенчался один. В 1998 г. была разработана методика клонирования мышей с вероятностью успеха около 2 % путем воздействия на яйцеклетку специальных стимулирующих веществ.

Однако изучение молекулярно-генетических механизмов клеточной дифференцировки заставляет некоторых ученых усомниться в возможности получения клона из ядер дифференцированных клеток. У многих животных наблюдались изменения определенных участков ДНК в разных тканях. Как уже говорилось выше, показано уменьшение теломерных участков хромосом в ходе онтогенеза в соматических клетках. Таким образом, изменения генома в процессе дифференцировки достаточно глубоки. Причем, чем более высокое место в эволюционной лестнице занимает организм, тем обычно глубже эти изменения.

Как же тогда можно объяснить успешные результаты клонирования: от лягушек Гердона до овечки Долли? Вероятно, успех достигался именно тогда, когда в яйцеклетку случайно попадало ядро стволовой клетки (Корочкин Л. И., 2002). Как оказалось, они представлены в организме шире, чем считалось ранее. Частота их наличия в тканях (0,5–1,5 %) хорошо сопоставима с процентом выхода в экспериментах по клонированию.

Многие важные закономерности биологии развития позволили выявить исследования на классическом объекте экспериментальной генетики – дрозофиле.

У дрозофилы гомеозисные гены направляют развитие особых личиночных структур – имагинальных дисков (ИД). Из ИД образуется тело взрослой мухи. Популяции личиночных и имагинальных клеток разделяются очень рано. Образно говоря, личинку можно рассматривать как капсулу для хранения и питания имагинальных клеток. Дрозофила имеет 19 ИД. После метаморфоза они преобразуются в различные органы мухи. Внешне клетки разных ИД отличить друг от друга невозможно, хотя они различаются биохимически.

В экспериментах по пересадке ИД другим личинкам в различные части тела пересаженный диск на новом месте дифференцировался в структуру, соответствующую его первоначальному положению, т. е. ИД демонстрировал жесткую детерминацию. Пересаженный в тело взрослой мухи ИД не претерпевает изменений, поскольку нет соответствующего гормонального воздействия. Такие ИД при последовательных пересадках живут очень долго, не претерпевая дифференцировки. После любого числа пересадок введенные личинкам ИД дифференцируются в соответствии с их первоначальным происхождением. Это показывает, что состояние детерминации может наследоваться в ряду клеточных поколений неопределенно долго.

Однако иногда пересаженные ИД дифференцируются в структуры, отличные от первоначальных. Например, ИД антенн развивается в конечность. Такое явление, открытое Э. Хадорном, получило название трансдетерминация. Оно похоже на гомеозисные мутации. Феномен трансдетерминации до конца не разгадан, но он демонстрирует возможность изменения детерминации. Процесс трансдетерминации подчиняется определенным закономерностям и происходит в тех же направлениях, что и гомеозисные мутации.

Похожие книги из библиотеки

Как сохранить зрение при работе на компьютере

С каждым днем растет число пользователей компьютеров, страдающих теми или иными расстройствами зрительных органов. К сожалению, большинство из нас практически не уделяет должного внимания профилактике глазных заболеваний. А ведь, как известно, любую болезнь гораздо проще предупредить, чем впоследствии – излечить. В результате изучения данной книги читатель узнал много новой и полезной информации, касающейся вопросов сохранения зрения при работе на компьютере. Чтобы не стать постоянным клиентом офтальмолога, нужно просто серьезно подойти к организации своего рабочего места и планированию рабочего времени, в котором обязательно должны присутствовать перерывы для отдыха и упражнений. Если ваше рабочее место правильно организовано, выбран подходящий монитор и офисная мебель, в процессе работы вы не испытываете чувства дискомфорта, а глазам своевременно предоставляется отдых – ваше зрение не пострадает даже при регулярной и продолжительной работе на компьютере.

Вездесущие гормоны

В книге доктора медицинских наук И. Кветного рассказывается об эндокринологии — науке о гормональной регуляции процессов жизнедеятельности, о ее развитии и достижениях. Издание рассчитано на массового читателя.

Комплексное очищение организма

Эта книга поможет тем, кто верит в возможности альтернативной медицины и ищет пути к восстановлению хорошего здоровья и самочувствия. Описанные в ней методики и рецепты проверены десятилетиями. Их рекомендуют своим друзьям и знакомым.

Алкоголь – беседы врача. Руководство разумного любителя выпить

Доктор Стуттафорд интересовался алкоголем (и как доктор и как потребитель) еще со времени своей службы в армии и учебы в университете. Его убеждение, что умеренное потребление алкоголя полезно, не ослабело и во время его наблюдений за пациентами, страдающими зависимостью от алкоголя или наркотиков. Целью этой книги является обоснование его мнения о том, что два-три ежедневных стаканчика так же полезны для сохранения здоровья и избегания посещений докторов, как и свежие фрукты. Доктор Стуттафорд обосновывает мнение, что широко принятые ранее ограничения по поводу употребления алкоголя чересчур строги и то, что считалось избыточным некоторое время назад, сегодня может рассматриваться как вполне умеренное. Однако, кроме этого книга предупреждает и описывает ужасные эффекты алкоголя, который разрушает тела и разум неумеренно пьющих людей. Предназначена для широкого круга читателей интересующихся проблемами своего здоровья и влиянием на него различных алкогольных напитков.