Молекулярная биология клетки - Албертс Б.
ISBN 5-03-001985-5
Скачать (прямая ссылка):
цитоплазмы на ядро с целью поддержания собственного синтеза, либо
ядерными, основанными на модификации хроматина, например метилировании
ДНК.
16.3. Программы развития индивидуальных клеток: анализ генеалогии клеток
на примере нематод [26]
Клетки, обладая памятью подобно компьютерам, способны реализовать сложные
программы развития; в результате реализации таких программ из множества
клеток, каждая из которых действует по своей собственной программе,
контролируемой в процессе развития, возникает сложное тело взрослого
животного. Некоторые типы поведения клеток в процессе развития достаточно
автономны, а другие определяются сигналами, идущими от окружающих клеток.
Таким образом, клетки эмбриона можно уподобить сети компьютеров,
действующих параллельно и обменивающихся информацией. Каждая клетка
обладает одинаковым геномом, т.е. содержит одну и ту же программу, но эта
программа может существовать во множестве вариантов, направляющих
развитие по разным путям в зависимости от сигналов, воспринимаемых
клеткой из окружающей среды.
Клеточная память играет чрезвычайно важную роль, и именно по этой причине
поведение клеток в определенное время зависит от того выбора, что был
сделан ее предками в предыдущих циклах деления. Таким образом, для
полного понимания всей программы развития необходимо знать, как
осуществлялись клеточные деления, т.е. необходимо знать генеалогию
индивидуальных клеток эмбриона. В этом и состоит сущность
генеалогического анализа, проведение которого, особенно на примере
крупных и сложно организованных животных (например, позвоночных),
представляет собой довольно трудную задачу. Если на ранних стадиях
развития специфически пометить отдельные клетки, то на более поздних
стадиях можно идентифицировать сами клетки или их потомки. Один из
способов мечения заключается в микроинъекции специфических молекул, за
которыми легко следить (например, флуоресцирующие красители или фермент
пероксидазу хрена; см. разд.. 19.1.5), в клетки ранних эмбрионов (рис.
16-29). Кроме того, отдельные клетки эмбриона можно пометить генетически,
например, создавая условия для их инфекции специально выбранным ретро-
вирусом (см. разд. 17.5.4) или подвергая эмбрионы действию ионизирующего
излучения, вызывающего случайные соматические мутации (см. разд.
16.5.13). Эти методы генеалогического анализа весьма трудоемки и каждый
из экспериментов дает лишь небольшую информацию
86
§f% <г%
100 мкм
50 мкм
Рис. 16-29. Прослеживание клеточной родословной у асцидии Halocynthia
roretzi. А. Эмбрион на стадии 64 клеток. На этой стадии в один из
бластомеров инъецируют в качестве метки пероксидазу хрена. В результате
становится возможным идентифицировать потомки этого бластомера, подобно
тому, как это сделано на рисунке под фотографией. Б. Личинки,
развивающиеся из 6 таких эмбрионов, были подвергнуты специальной
обработке для выявления фермента (показано черным цветом) в клетках -
потомках инъецированных бластомеров. У двух личинок, изображенных слева
(вверху и внизу), предковым бластомером, в который вводилась метка, был
верхний из показанных красным цветом на рис. А, у двух личинок,
изображенных посередине, нижний из этих бластомеров; для двух личинок,
изображенных справа, предковый бластомер на рис. А не виден. У данного
вида в процессе развития из одних и тех же бластомеров всегда возникают
определенные части зародыша (см. фотографии). (Н. Nishida.
Dev. Biol., 121, 526-541, 1987.)
о потомках эмбриональных клеток. Ситуация осложняется еще и тем, что у
позвоночных и многих других организмов наследственность подвержена
случайной изменчивости даже у генетически идентичных животных.
Однако у представителей некоторых низших типов, в том числе у моллюсков,
кольчатых и круглых червей, деление и перемещение клеток в высшей степени
упорядочены и у всех особей осуществляются одинаково. Столь полная
воспроизводимость результатов была использована при изучении крошечной
прозрачной нематоды Caenorhabditis elegans. Это животное характеризуется
простым и практически неизменным строением, и его развитие можно
проследить клетка за клеткой на всем пути от яйца до взрослого организма.
Здесь можно вычертить полную генеалогию каждой клетки. На этом фоне
удается очень точно отметить эффекты мутаций и иных экспериментальных
воздействий. Такой метод позволяет связать определенные гены с
конкретными этапами в реализации программ, контролирующих развитие
клеток. Однако мы увидим, что изучение внутренней логики программы отнюдь
не простая задача, даже в таких благоприятных условиях; ее сложность во
многом обусловлена наличием межклеточных взаимодействий. Мы закончим этот
раздел примером, иллюстрирующим применение экспериментов в культуре для
непосредственного анализа небольших фрагментов программы, контролирующей
развитие отдельных клеток млекопитающих.
16.3.1. В анатомическом и генетическом отношениях нематода
Caenorhabditis elegans устроена очень просто [27]
