ГЕНЕТИКА - Підручник - А.В. Сиволоб - 2008

РОЗДІЛ 6. Генетика багатоклітинних еукаріотів

ГЕНЕТИКА ІНДИВІДУАЛЬНОГО РОЗВИТКУ

Розвиток будь-якого багатоклітинного організму розпочинається з утворення зиготи - клітини, яка виникає в процесі злиття статевих клітин (яйцеклітини та сперматозоїда). Після запліднення ядро сперматозоїда (пронуклеус) опиняється в цитоплазмі яйцеклітини, зливається з її ядром, відтворюючи таким чином характерний для даного виду диплоїдний набір хромосом. У більшості організмів одразу після запліднення зигота розпочинає серію мітотичних поділів (так зване дроблення зиготи), у результаті утворюється велика кількість дрібних клітин - бластомерів. Розвиваючись, кожен із цих бластомерів (або їхня група) утворює функціонально спеціалізовані клітини з притаманною лише їм морфологією та фізіологічними особливостями. Отже, запліднена яйцеклітина здатна дати початок різним типам клітин, тобто забезпечити розвиток від однієї клітини до багатоклітинного організму. Ця властивість зиготи називається тотипотентнстю. Вона притаманна також і бластомерам, які утворилися в перших чотирьох поділах зиготи. При подальших поділах тотипотентність клітин зменшується, кожна з них "обирає" свою програму розвитку - стає детермінованою. У такій клітині відбуваються стійки внутрішні зміни (як у структурі ядра, так і в структурі цитоплазми), що роблять 'її саму та її нащадків відмінними від інших клітин ембріона й визначають подальший шлях спеціалізації. Слід зазначити, що ці зміни не викликають суттєвої морфологічної різниці між клітинами різних типів. Детермінована клітина, продовжуючи свій розвиток, набуває видимих морфологічних відмін і властивих лише даному типу клітин функцій. Така остаточно спеціалізована клітина називається диференційованою.

Детермінація та диференціація клітин пов'язані з поступовою зміною активності генів у процесі розвитку організму: певні групи генів починають активно експресуватися в одних клітинах і переходять у репресований стан у інших. Така диференційна картина експресії генів виникає вже на ранніх етапах розвитку зиготи й викликана не-

однорідністю цитоплазми яйцеклітини. Під неоднорідністю цитоплазми яйцеклітини розуміють нерівномірний розподіл у межах клітини цитоплазматичних детермінант - певних молекул мРНК та їхніх білкових продуктів. Оскільки ці мРНК і білки синтезуються й накопичуються в яйцеклітині ще в процесі оогенезу, то гени цих цитоплазматичних детермінант називають генами з материнським ефектом. Таким чином, ядра бластомерів, які утворюються в результаті дроблення зиготи, опиняються в різному цитоплазматичному оточенні, яке зумовлює вибіркову транскрипцію генів. Цитоплазматичні детермінанти, створюючи градієнт концентрацій уздовж різних осей яйцеклітини, визначають передньо-задню та дорсовентральну осі зародку. У ході дроблення зиготи бластомери, які знаходитимуться у відповідних частинах зародку, зумовлять розвиток притаманних для даної частини організму органів і тканин.

Генні продукти, які синтезуються в окремих групах бластомерів, спричиняють ще значніші відмінності в цитоплазматичному оточенні ядер клітин, що у свою чергу приводить до активації інших специфічних генів. Такий каскад активації чи інактивації генів підсилюється за рахунок взаємодій між сусідніми клітинами, які через цитоплазматичні містки чи щілинні контакти здатні взаємно впливати на подальшу диференціацію одна одної.

Загальні принципи генетичної детермінації розвитку подібні в різних організмів. Найдетальніше вивчено диференційну експресію генів у ході розвитку представників роду Drosophila та нематоди Caenorhabditis elegans. Нижче розглянуто генетичні аспекти ембріогенезу саме цих організмів.