Проблемы и перспективы молекулярной генетики. Том 1 - Свердлов Е.Д.
ISBN 5-02-002753-7
Скачать (прямая ссылка):
40
мое СК2 состоит из двух каталитических сс- и/или сс'-субъединиц и двух регуляторных Р-субъединиц. Мы обнаружили, что у дрозофилы, помимо представленной во всех тканях Р-субъединицы, имеются еще две тканеспецифичные (Р/ел и P'j субъединицы СК2, регулирующие активность и субстрат-специфичность фосфорилирования в ходе сперматогенеза. Регуляторные субъединицы СК2, выполняющие тканеспецифичные функции, обнаружены впервые.
ВВЕДЕНИЕ
Сперматогенез, т.е. процесс образования спермы из герминальных стволовых клеток, протекает в семенниках у млекопитающих и у дрозофилы сходным образом. На рис. 12 схематично показаны стадии этого процесса у дрозофилы (см. обзор: Fuller, 1998). На первом этапе стволовая клетка делится, воспроизводя себя и давая начало сперматогониальной клетке (или гониобласту). Сперматогониальные клетки проходят несколько митотических делений и вступают в стадию первичных сперматоцитов. На этом этапе идет активная подготовка к мейозам. Происходит 25-кратное увеличение клеток в объеме, сопровождаемое активной транскрипцией множества генов. Часть синтезированных мРНК транслируется на этой же стадии, в то время как другая, большая, часть служит матрицами для синтеза белков на более поздних стадиях сперматогенеза (после мейотических делений), на которых транскрипция практически не идет. Происходит так называемая “отложенная трансляция” этих мРНК. После того как сперматоциты созрели, т.е. накопили все необходимое для последующих превращений, в них осуществляются два последовательных мейотических деления, после завершения которых клетки вступают в стадию ранних сперматид.
На этом этапе множество митохондрий сливаются в две гигантские митохондрии, видимые под микроскопом в виде темного образования рядом с ядром. Затем происходит ряд морфологических изменений, сопровождающих дифференцировку сперматид в зрелую сперму. В первую очередь, это образование хвостика спермия, сформированного преимущественно из белка Р2-тубулина. Для придания подвижности спермиям хвостики совершают колебательные движения, для которых необходима энергия. Запасение энергии осуществляется в слитых в единую структуру митохондриях, которые в ходе дифференцировки сперматид распределяются вдоль всей длины их хвостиков. В это же время происходит компактизация хроматина в ядре, расположенном в головной части сперматид. Наконец, на последнем этапе созревания сперматид происходит их “индивидуализация”. До этого пучки из 64 сперматид были покрыты общей оболочкой, внутри которой находилась единая цитоплазма, в результате чего каждая гаплоидная сперматида получала одинаковый, и независимый от ее хромосом, набор факторов для своей дифференцировки. На этапе “индивидуализации” у каждой сперматиды образуется своя собственная цитоплазматическая мембрана, а ненужная цитоплазма выдавливается в мешок, образующийся из остатков общей оболочки. Созревание спермы завершается.
Транскрипционная активация множества генов в первичных спермато-цитах необходима для синтеза практически всего материала, формирующего зрелую сперму. Поэтому один из ключевых вопросов, необходимых для
41
Деление стволовых клеток дает гониобласт, а он, делясь, дает две сперматогонии
3 митотических деления сперматогоний
Вхождение в стадию роста и экспрессии генов
Два деления мейоза
Стадия дифферен-цировки сперматид
Активная
транскрипция
множества
генов
Индивидуализация
Ранние
сперматиды
Полностью
удлиненные
сперматиды
Зрелые
сперматиды
понимания процесса сперматогенеза, состоит в следующем: каким образом на этапе первичных сперматоцитов осуществляется транскрипция массы молчащих до этого генов? К сожалению, здесь в наших знаниях имеется еще множество пробелов. У дрозофилы известен ряд генов, таких, например, как always early (aly), и cannonball (can), мутации которых блокируют транс-
S - стволовые клетки
G - гониобласты Sp - сперматогонии
16 первичных сперматоцитов
42
крипцию большинства известных семенник-специфичных генов. Ген aly (White-Cooper et al., 2000) кодирует белок, предположительно участвующий в изменении структуры хроматина. Возможно, что белок А1у необходим для перевода хроматина сперматоцит-специфичных генов в декомпактизо-ванное, транскрипционно-активное состояние, которое является необходимой предпосылкой для последующей активной экспрессии этих генов. Однако декомпактизованное состояние хроматина является необходимым, но не достаточным условием массированной транскрипции генов на стадии первичных сперматоцитов. Здесь требуются белковые факторы, способные непосредственно взаимодействовать с регуляторными элементами конкретных генов, чтобы инициировать их транскрипцию. Действительно, охарактеризованный недавно белковый продукт гена {сап) оказался семенник-спе-цифичным транскрипционным фактором (Hiller et al., 2001). Если он в самом дече участвует в распознавании промоторных областей генов, экспрессирующихся в ходе сперматогенеза, то эти области должны иметь сходные нуклеотидные последовательности. Проведенные исследования показали, что рядом со стартом транскрипции нескольких таких генов находится короткая (около 14 н.п.) последовательность, необходимая для транскрипции этих генов в семенниках (Michiels et al., 1989). Однако все еще не ясно, насколько такая последовательность универсальна и какие белковые факторы с ней связываются.
