Временная организация клетки. Динамическая теория внутриклеточных регуляторных процессов - Гудвин Б.
Скачать (прямая ссылка):
компетенцию, действует посредством включения и выключения генов в
определенной временной последовательности независимо от условий, в
которых находится клетка. В таком случае индукция заключается просто в
снабжении клетки в определенное время и в достаточном количестве энергией
и предшественниками, так что гены, находящиеся в активном состоянии,
могут проявиться; при этом они, по-видимому, стабилизируются. В такой
теории большее значение придается не индукции, а компетенции, ибо
индукторами в ней могут быть и неспецифические молекулы. Это отсутствие
специфичности при индуктивных влияниях много раз наблюдалось эмбриологами
с тех пор, как было показано, что столь различные по своей природе и не
свойственные живому агенты, как метиленовый синий [ИЗ] или же большие или
малые значения pH [42], могут вызывать индукцию нервной ткани в эктодерме
гаструлы. Нет сомнения, что у развивающихся зародышей явления компетенции
и индукции комплементарны, но точка зрения, развиваемая Фликинджером,
состоит в том, что компетенция представляет собой гораздо более активный
и специфичный процесс, чем предполагалось ранее. Его предположение о том,
что в дифференцирующейся клетке гены «включаются» в определенное время
„независимо от окружающих условий (в некоторых пределах) и затем снова
«выключаются», если нет индукции, требует гораздо более специфичного
временного механизма, чем предлагавшийся ранее для развития компетенции.
Именно экзогенный индуктор является агентом, осуществляющим включение
гена (аналогично индукции под влиянием субстрата у бактерий), а не
внутренний механизм клетки. Фликинджер не делает никаких предположений о
возможном биохимическом механизме, лежащем в основе последовательного
инициирования активности генов. Трудно, однако, удержаться от того, чтобы
не связать его теорию с часовыми меха-
ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ И ПРЕДСКАЗАНИЯ 229
низмами, действующими, как известно, в клетках, и искать объяснений
явлений этих двух типов на единой основе, а именно на основе колебаний,
происходящих в регуляторных механизмах с обратной связью внутри одной
клетки. Можно представить себе, что проявление какой-либо частной
компетенции аналогично действию будильника. Биохимические часы могут
начать идти на определенной стадии процесса дифференцировки клетки и
затем через некоторое время остановиться. К моменту остановки часов
определенный локус достигнет максимума генетической активности
(аналогично этому в случае циркадных часов определенный генетический
локус достигает максимума активности в определенное время суток).
Активность имеет некоторое время максимальное значение, а затем снова
падает. Динамическую основу такого поведения снова можно найти во
взаимодействии нелинейных осцилляторов, где благодаря наличию
субгармонической синхронизации часы могут обнаруживать большое
разнообразие периодов и амплитуд колебаний.
В теории Фликинджера предполагается, что активность гена подчиняется
закону «все или ничего»; это явление не обсуждалось в настоящем
исследовании. Ниже мы увидим, однако, как в рассматриваемых здесь цепях
регуляции могут происходить такие разрывные колебания; мы будем иметь,
таким образом, динамическую основу для описания скачков генетической
активности, что и требуется для теории компетенции типа «все или ничего»
Итак, мы здесь предполагаем, что временные механизмы, действующие, по-
видимому, в развивающихся клетках, могут быть объяснены на основе
нелинейных биохимических колебаний рассмотренного нами типа и на основе
явлений более высокого порядка, возникающих при их взаимодействии. В
теории, предложенной Фликинджером, возможно, придается слишком большое
значение’автономности при управлении процессами приобретения и утраты
компетенции в клетке. Однако достоинство этой теории состоит именно в
том, что в ней подчеркнута эта сторона процессов развития и роль генов в
нем. Уоддингтон [109] уже много лет назад указывал на важность
генетической регуляции
х/г 15 в. Гудвин
230
ГЛАВА 8
процессов морфогенеза, в частности на специфическую роль генов при
возникновении компетенции [111]. Однако при таком более общем подходе к
этому явлению остается неразрешенным вопрос о причинах, вызывающих генную
активность. Несомненно, в большинстве случаев таким специфическим агентом
является экзогенный индуктор; но для объяснения данных эмбриологии
необходим также и какой-то другой механизм, и вполне реальным здесь
представляется внутренний механизм отсчета времени в клетке.
Мы должны, однако, ясно отдавать себе отчет в том, что между временной
структурой клеток зародыша и ритмическими системами типа циркадных
имеется одно существенное отличие. Системы типа циркадных строго
периодичны, т. е. проходят через одни и те же состояния через одинаковые
промежутки времени. Данных о том, что эмбриологическая компетенция
является периодической в этом смысле, у нас нет. Согласно данным Кёртиса,
компетенция, видимо, появляется лишь через некоторое время после начала
