Ооплазматическая сегрегация. Созревание ооцита.

Созревание ооцита развертывается как строго направленное, последовательное формирование гетерогенности его цитоплазмы, получившее наименование ооплазматической сегрегации - процесса, в ходе которого намечается план строения будущего организма. Этот план материализуется на основе градиентного распределения биологически активных веществ, доказательством чего, в частности, является постепенное падение концентрации РНК и белков в направлении от анимального полюса к вегетативному. Если экспериментально разрушить анимальновегетативный градиент (например, центрифугированием) и добиться равномерного распределения РНК, белков и других веществ в цитоплазме, то развитие зародыша останавливается в самом начале.

При другом типе разрушения - расчленении существующего в ооците дрозофилы анимально-вегетативного фадиента на 2 самостоятельных, возникает зародыш с двумя системами осевых органов.

Ооплазматическая сегрегация обусловлена положением ооцита в материнском организме. Яйцо дрозофилы созревает в особой камере - фолликуле. Из одного оогония в результате четырех делений, характеризующихся высокой степенью упорядоченности, формируются 16 клеток, которые остаются связанными друг с другом кольцевыми каналами. Ооцитом становится та клетка, которая занимает задний конец яйцевой камеры. Остальные 15 превращаются в огромные питающие клетки.

Именно в них активны так называемые гены с материнским эффектом, т.е. функционирующие в организме матери еше до оплодотворения яйца: bicoid, exuperantia, swallow, nanos u pumilio. Их взаимоотношения подробно разбирались в гл. 5. При экспериментальном изучении транспорта мРНК-транскрипта гена bicoid, показано наличие для нее четко выраженного анимально-вегетативного фадиента: мРНК гена bicoid накапливается тем концом ооцита, который должен стать передним полюсом эмбриона.

Все пять вышеперечисленных генов составляют систему, обеспечивающую формирование передне-заднего фадиента. Продукты этих генов принято называть морфогенами. Помимо них, важную роль в формировании плана строения будущего организма дрозофилы играет ген hunchback, активно функционирующий не только в материнском геноме, но и у зиготы. Мутанты, гомозигот ные по hunchback, детальны и схожи с мутантами bicoid по утрате передних структур. Продукт гена hunchback блокирует развитие хвостового конца, чему в ходе нормального развития противостоит продукт гена nanas, локализующийся у заднего полюса яйца.

Кроме того, в ооците существует система, контролирующая формирование дорсо-вентрального градиента. Она включает функционирующие в фолликулярных клетках гены torpedo, pipe, nudel, windbeutel, в результате чего происходит обмен не идентифицированными сигналами между фолликулярными клетками и вентральной областью ооцита. После оплодотворения экспрессируются шесть генов, из которых snake и easier, кодирующие сериновые протеазы, активируют ген spatzle. Но ведущая роль в детерминации дорсо-вентральной полярности принадлежит гену toll, активность которого, опосредованная генами pelle и cactus, обеспечивает формирование градиентного распределения белкового продукта гена dorsal, действующего как фактор транскрипции.

Наконец, третья система, состоящая из генов torso, tailless и huckebein осуществляет общий контроль над формированием градиентов при развитии несегментированных головного и хвостового конца. Причем в детерминации их анатомических границ особое значение имеет белок гена torso, расположенный на обоих полюсах яйца.

Таким образом, еще до формирования зиготы продукты материнских мРНК распределяются вдоль будущей оси эмбриона дрозофилы неравномерно, создавая определенные фадиенты разных морфогенов. Что касается ооцитов млекопитающих, то столь жестко фиксированная гетерогенность, по-видимому, им не свойственна. Так, согласно отдельным экспериментальным данным, в ооцитах мыши эмбриональные оси устанавливаются только с момента развития зиготы. Однако делать какие-либо заключения можно будет только после обнаружения продуктов генов, гомологичных описанным удрозофилы.

У мышей также известен целый ряд рецессивных мутаций сложного локуса Т 17-й хромосомы, затрагивающих раннее развитие. Локус Т представлен множеством (117) аллелей, обозначаемых знаком t с дополнительными индексами: t¹, t², t³ и т.д. Около 30% t-генов в гомозиготном состоянии вызывает гибель зародышей, часть аллелей являются полулетальными. Весь этот ряд рецессивных аллелей t распадается на восемь групп, которые могут быть комплементарны друг другу и в гетерозиготном состоянии не приводить к гибели зародыша.

Известны также и пять доминантных мутаций Т-локуса. Каждая из восьми групп обусловливает разного рода дефекты. Один из аллелей останавливает превращение морулы в бластоцисту, состоящую из трофобласта и эмбриобласта. Такие морулы гибнут. Другая мутация приводит к тому, что развившийся трофобласт не вступает в контакт со стенкой матки и зародыш тоже гибнет. Третьи мутантные зародыши не образуют внезародышевой эктодермы, у четвертых — гибнут клетки зародышевой эктодермы, у пятых — клетки зародышевой эктодермы не способны мигрировать в области первичной полоски и образовывать мезодерму, у шестых — уже образовавшиеся структуры нервной системы дегенерируют и т.д. Первичное нарушение, лежащее в основе всех этих эффектов, всего лишь одного локуса пока не выяснено. Однако очевидно, что локус Т играет первостепенную роль в морфогенезе эктодермы мышиного зародыша и организма в целом.

Ген полового созревания

По данным американских исследователей, которые совершенно недавно обнаружили новый ген - GRP54, который запускает и в дальнейшем, отчасти отвечает за процесс полового развития и созревания. Активизация именно этого гена вызывает так называемый гормональный взрыв - основное действующее начало в этом щепетильном процессе. Мутации этого гена мешают людям становиться половозрелыми в совершенно конкретном смысле этого слова, считают авторы исследования, ученые из Massachusetts General Hospital в Бостоне.
Лекарства, влияющие на активность этого гена, стимулируют или, наоборот подавляют способность к деторождению. Удивительно, но оказалось, что таковых препаратов великое множество, снотворные, антидепрессанты, слабительные, нестероидные противовоспалительные и т.д. Следует заметить, что указанные группы лекарств достаточно широко применяются в лечении детей и подростков в период полового созревания! В настоящее время, по статистике, каждый пятнадцатый подросток демонстрирует признаки раннего взросления. К шестнадцати годам окончательного полового созревания достигают дети с пониженной массой тела или интенсивно занимающиеся спортом. Это обусловлено определенным соотношением фракций гормонов своеобразно конкурирующих между собой.
Полненьким, как правило, не светит раннее половое созревание, поскольку все жиры депонируются в подкожно-жировой клетчатке, а не идут на синтез половых гормонов. Известно, что один человек из 50 тысяч вообще может никогда не достигнуть пубертата (именно так, по научному, называется период полового созревания, если не вдаваться в подробности, то от латинского pubis – лобок, и его производного pubertatis – половая зрелость) по причине измененной версии гена GRP54. Этот ген может определять выработку определенного гормона, который заставляет гипофиз вырабатывать другие важные вещества, вызывающие созревание яичников и яичек, вот такая интимная цепочка событий обеспечивает не менее интимные вещи.

Ген или гены, отвечающие за старение, по-видимому, находятся в X-хромосоме человека и передаются от отцов к дочерям и от матерей к сыновьям. Сузить круг поиска ключа к долголетию удалось исследователям из бельгийского Университета Лювена.
" Мы обнаружили возможный генетический механизм, влияющий на долголетие и возможность старения", - отметил один из авторов исследования доктор Ян Стессен (Jan Staessen) на страницах британского научного журнала The Lancet.
Ученые опирались на опубликованную ранее в США научную работу, в которой утверждалось, что так называемые теломеры – участки ДНК, сосредоточенные на концах хромосом, имеют связь с продолжительностью жизни. С каждым делением клетки они постепенно уменьшаются, поэтому, чем больше их изначальный, заложенный генами размер, тем дольше может прожить человек.
В ходе работы бельгийские ученые измеряли теломеры в клетках членов семьей добровольцев. Они обнаружили, что их длина наследуется по давно известному принципу, который можно объяснить локализацией определяющей ее гена в X-хромосоме. Чтобы понять это, надо вспомнить, что X-хромосома передается от отца дочерям и от матери дочерям и сыновьям, и именно в таком сочетании этот фактор должен наследоваться.
Авторы работы обнаружили, что сходство длины теломер можно обнаружить у братьев и сестер, у отцов и дочерей, а также матерей, сыновей и дочерей. Такого сходства не было выявлено между супругами, а также отцами и сыновьями. То есть фактор наследуется вместе с X-хромосомой, что дает основание сузить круг поиска гена, отвечающего за старение, до этой половой хромосомы.
Хотя имеющиеся данные указывают на X-сцепленное наследование, ученые предупредили, что результаты исследования имеют предварительный характер и требуют дальнейшей работы и проверки. Кроме того, вполне вероятно, что старение определяется сразу несколькими генами, так что обнаруженный бельгийскими учеными является лишь одним из многих.

50. Постэмбриональный период онтогенеза, его периодизация. Основные процессы: рост, формирование дефинитивных структур, половое созревание, репродукция, старение.

После появления организма на свет начинается его постэмбриональное развитие (постнатальное для человека), которое у разных организмов протекает от нескольких дней до сотен лет в зависимости от их видовой принадлежности. Следовательно, продолжительность жизни — это видовой признак организмов, не зависящий от уровня их организации (см. ниже).
В постэмбриональном онтогенезе различают ювениальный и пу-бертатный периоды, а также период старости, заканчивающийся смертью.
Ювенильный период. Этот период (от лат. juvenilis — юный) определя-ется временем от рождения организма до полового созревания. У разных орга-низмов он протекает по-разному и зависит от типа онтогенеза организмов. Для этого периода характерно либо прямое, либо непрямое развитие.
В случае организмов, для которых характерно прямое развитие (многие беспозвоночные, рыбы, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие, человек), вылупившиеся из яйцевых оболочек или новорожденные сходны со взрослыми формами, отличаясь от последних лишь меньшими размерами, а также недо-развитием отдельных органов и несовершенными пропорциями тела

Характерной особенностью роста в ювенильный период организмов, под-верженных прямому развитию, является то, что происходит увеличение коли-чества и размеров клеток, изменяются пропорции тела. Рост человека в разные периоды его онтогенеза показан на рис. 95. Рост разных органов человека не-равномерен. Например, рост головы заканчивается в детстве, ноги достигают пропорциональной величины примерно к 10 годам. Наружные половые органы очень быстро растут в возрасте 12—14 лет. Различают определенный и неопре-деленный рост. Определенный рост характерен для организмов, которые к оп-ределенному возрасту прекращают свой рост, например, насекомые, млекопи-тающие, человек. Неопределенный рост характерен для организмов, которые растут всю жизнь, например, моллюски, рыбы, земноводные, рептилии, многие виды растений.

Пубертатный период. Этот период называют еще зрелым, и он связан с половой зрелостью организмов. Развитие организмов в этот период достигает максимума.

На рост и развитие в постэмбриональный период большое влияние ока-зывают факторы среды. Для растений решающими факторами являются свет, влажность, температура, количество и качество питательных веществ в почве. Для животных первостепенное значение имеет полноценное кормление (нали-чие в корме белков, углеводов, липидов, минеральных солей, витаминов, мик-роэлементов). Важны также кислород, температура, свет (синтез витамина Д).
Рост и индивидуальное развитие животных организмов подвержены ней-рогуморальной регуляции со стороны гуморальных и нервных механизмов ре-гуляции. У растений обнаружены гормонопо-добные активные вещества, полу-чившие название фитогормонов. Последние влияют на жизненно важные отправления растительных организмов.

У позвоночных железами внутренней секреции являются гипофиз, эпифиз, щитовидная, паращитовидная, поджелудочная, надпочечники и половые железы, которые тесно связаны одна с другой (рис. 98). Гипофиз у позвоночных вырабатывает гонадотропный гормон, стимулирующий дея-тельность половых желез. У человека гормон гипофиза влияет на рост. При недостатке развивается карликовость, при избытке — гигантизм. Эпифиз продуцирует гормон, который влияет на сезонные колебания в половой активности животных. Гормон щитовид-ной железы влияет на метаморфоз насекомых и земноводных. У млекопитаю-щих недоразвитие щитовидной железы ведет к задержке роста, недоразвитию половых органов. У человека из-за дефекта щитовидной железы задерживается окостенение, рост (карликовость), не наступает полового созревания, останав-ливается психическое развитие (кретинизм). Надпочечники продуцируют гор-моны, оказывающие влияние на метаболизм, рост и дифференци-ровку клеток. Половые железы продуцируют половые гормоны, которые определяют вторич-ные половые признаки. Удаление половых желез ведет к необратимым измене-ниям ряда признаков.

На всех периодах онтогенеза организмы способны к восстановлению ут-раченных или поврежденных частей тела. Это свойство организмов носит на-звание регенерации, которая бывает физиологической и репаративной.

Старость как этап онтогенеза. Старость является предпоследним этапом онтогенеза животных, причем ее длительность определяется общей продолжи-тельностью жизни, которая является видовым признаком и которая у разных животных является разной. Наиболее точно старость изучена у человека.
Известны самые различные определения старости человека. В частности, одно из наиболее популярных определений заключается в том, что старость есть накопление последовательных изменений, сопровождающих повышение возраста организма и увеличивающих вероятность его болезней или смерти. Науку о старости человека называют геронтологией (от греч. geron — старик, старец, logos — наука). Ее задачей является изучение закономерностей возрас-тного перехода между зрелостью и смертью.

Научные исследования в геронтологии распространяются на разные об-ласти, начиная с исследований изменения активности клеточных ферментов и заканчивая выяснением влияния психологических и социологических смягче-ний в стрессах среды на поведение старых людей.

В случае человека различают физиологическую старость, старость, свя-занную с календарным возрастом, и преждевременное старение, обусловленное социальными факторами и болезнями. В соответствии с рекомендациями ВОЗ пожилым возрастом человека следует считать возраст порядка 60-75 лет, а ста-рым в 75 лет и более.

Смерть. Смерть является завершающим этапом онтогенеза.