Принципы и механизмы регуляции онтогенеза

Лекция №9

Главной задачей генетики в проблеме индивидуального развития – познание и управление его внутренними факторами в дифференциальной транскрипции генов. Генетическая программа создает целостное развитие, включающее все пути клеточной дифференцировки и органогенеза. Реализация генетической информации записано чередованием нуклеотидов в ДНК зиготы, осуществляющей в результате непрерывных взаимовлияний ядра и цитоплазмы. Николай Кольцов подчеркивал важную роль обмена в-в между ядром и цитоплазмой и регуляции активности генов в онтогенезе. Цитоплазма зиготы играет важнейшую роль в прохождении ранних этапов эмбриогенеза. Цитоплазма яйцеклетки содержит много белков, РНК и других молекул. Эти молекулы синтезируют в оогенезе и имеют материнское происхождение. Для исследования цитоплазмы используют пересадку ядер. Опытами доказано, что хромосомы ядер одного вида изменяются, если перенести в цитоплазму другого вида эритроциты. Из курицы в человека или мыши показано, что оно реагирует на сигнал чужеродной цитоплазмы и начинает синтезировать ДНК и РНК. В чужеродной цитоплазме не происходит активация нормального развития генома. В ходе эмбриогенеза цитоплазматическое слияние дополняется клеточным взаимодействием. Наблюдается переход в-в из одной клетки в другую. В развитие этой гепотезы внесли вклад Генрих Штеман (1938) и Чайльд (1942).Теория градиентов концентрации химических в-в (дистантные агенты) – запускают морфологические процессы. Явление эмбриональной индукции имеет место в развитие нервной трубки, хрусталика, почки, конечностей. Индукторы – хорда мезодермы, гладкий пузырь, боковая мезодерма. В результате индукции происходит дерепрессия. Первичная индукция вероятно связано с белком (из хорды мезодермы в эктодермальные клетки мигрируют). Исследование показало, что индуктор поджелудочной железы представляет белок, синтезируемый мезенхимными клетками. Сначала стимулирует клетки тканей эктодермального эпителия, к делению число клеток увеличивается и в эндокринные и экзокринные. Дифференциальная характеристика синтеза ферментов и гормонов последовательно друг за другом в запрограммированном порядке – это показывает, что структурные гены активируются последовательно. Индукторы – это белки с молекулярным весом около 3000. Тидеман 1935. Индуктор проникает внутрь клетки и вызывает активность. Ядра клеток еще не дифференцируются и эквивалентны ядру зиготы в его исходном состоянии. В процессе дифференцировки хромосомы претерпевают изменения, связанные спецификой обмена в-в. Гены функционируют в интерфазном состоянии. Не выделяют генные продукты в цитоплазму. Функциональное состояние ядра оценивается по синтезу Днк и Рнк, определенные с помощью меченных предшественников. Если ядро нейрона лягушки пересадить в активную неоплодотворенную яйцеклетку, его ядро начинает синтезировать ДНК, но прекращается синтез Рнк => в цитоплазме яйцеклетки есть регулятор синтеза Рнк и активатор синтеза Днк. Действуют независимо и указвает на связь ядра и хромосом с дифференцировкой соматических клеток организма. Большая роль в процессах развития принадлежит гормонам (действие дистантно - значительное расстояние от места секреции). Роль – гормоны стероидной или полипептидной природы – мощные регуляторы активности клеток. Стероидные – андроген, эстроген проходят через мембрану и соединяются с цитоплазматическими белками. Затем активируется стероид регуляторного комплекса и в ядро, где связываются определенные участки хромосом, тем самым приводя специфическую активность гена. Эстроген и прогестерон контролируют функцию яйцеводов. Введение эстрогена приводит к дифференцировке клеток. Если введение прекратить, то синтез овальнунина не происходит. Повторное введение приводит к восстановлению синтеза этого белка. Полипептидные гормоны действуют на плазматическую мембрану и влияют на синтез Атф. Один из главных методов изучения дифференцировки – метод культуры ткани. В настоящее время генетическая последовательность на культуре тканей ведутся с использованием спонтанно возникающих соматических мутаций. Эти мутации затрагивают иммунные реакции. Активация генов – транскрипция – иРНК – трансляция – полипептидные цепи – структурные белки или ферменты – свойства и строение клеток (скорость размножения, специфические миграции клеток, гибель некоторых клеток) – формирование тканей и органов. Влияние экзогенных факторов приводит к изменению экспрессивности генов. Изучение механизмов регуляции активности генов является одной из проблем современной биологии. В зиготе гены не активны. Дерепрессия или активация генов происходит в ходе развития. Дерепрессия различных генов. На любой стадии дифференцировки клетки работают не более 50% генов. В качестве репрессоров – гистоны. Синтез контролируется генами. Взаимодействие клеток проявляется через взаимодействие репрессоров генов ядра и цитоплазмы и различных клеток. Мало данных, чтобы контролировать развитие организма. В онтогенезе нельзя изменить каждую – либо функцию без того, чтобы не затронуть всю систему онтогенеза. Он программирован в генотипе, протекает неравномерно. Рука состоит из 29 тканей и 1) каждая из них в процессе развития должна приобрести определенные размеры, форму и образовать сустав, 2) образоваться 40 мышц и каждая должна иметь определенную величину в соответствии с участком кости, 3) к этим мышцам подходят нервы, каждый из которых должен соединяться с соответствующим двигательным кольцевыми пластинками на мышечном волокне или с рецептором кожи, сухожилия и сустава, 4) развитие множества артерий и вен в определенных местах. Свойство – приспособление. Изменение биохимических процессов, св-ва клеток, тканей и органов. Наш генотип определяется врожденными приспособлениями организма к условиям внешней среды, т.к. факторы разнообразны, но в процессе эволюции отбор создал специальные механизмы индивидуального развития (детерминирование). Организмы одного генотипа могут легче чем другие приспосабливаться к изменениям температуры, изменениям давления. Способность организма приспосабливаться в индивидуальном развитие к изменяющимся условиям – онтогенетическая адаптация. Критерии – сохранение до воспроизведения потомства. Организм может адаптироваться к действующим факторам внешней среды. Адаптация – генотипическая и фенотипическая. Генотипическая адаптация – приспособление организма к конкретным условиям. Фенотипическая – наследственные изменения, не ограниченные в своих пределах норм реакции. Пример фенотипической адаптации. Прокариот. Дрожжи к галактозе. Выращивают на среде с глюкозой. Если поменять, среду в среду лишенной глюкозы, дрожжи не будут размножаться, но через несколько часов начнут сбраживать галактозу (перестройка механизма). Фенотипическая адаптация, т.к. если ввести глюкозу, то дрожи теряют приобретенную адаптацию к сбраживанию глюкозы. Изменяется ферментативная обеспеченность. Происходит синтез специфического фермента, который сбраживает необычный субстрат – ферментативная адаптация. Происходит клеточные изменения. Наличие фенотипической адаптации дает понять о существовании внутриклеточных механизмов, обеспечивающих адаптацию клетки к изменяющимся факторам среды.

Дата добавления: 2014-01-04