Природа морфогенетических детерминантов у оболочников

Данные о природе цитоплазматических детерминантов противоречивы. Результаты исследований с применением ингибиторов транскрипции и транс-

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. 2: Пер. с англ. – М.: Мир, 1994. – 235 с.

__________________ ДЕТЕРМИНАЦИЯ ПОСРЕДСТВОМ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ СПЕЦИФИКАЦИИ _________________ 13

ляции свидетельствуют о том. что у зародыша оболочников имеются цитоплазматические факторы двух типов. Факторы первого типа ответственны за активацию транскрипции определенных генов в тех клетках, которые содержат эти факторы. По-видимому, факторы этого типа активируют ген ацетилхолинэстеразы. Когда зародыши оболочников растут в присутствии ингибитора транскрипции актиномицина D. ацетилхолинэстеразная активность у них отсутствует. Следовательно, можно предположить, что гены, ответственные за синтез ацетилхолинэстеразы, в данном случае не активируются. Кроме того, если РНК, выделенную из зародышей Ciona на разных стадиях развития, инъецировать в ооциты лягушки, то в этих ооцитах будут транслироваться введенные в них новые мРНК. С помощью этой методики Мидель и Уиттейкер (Meedel, Whittaker. 1983. 1984) обнаружили, что мРНК для ацетилхолинэстеразы не выявляется до стадии гаструлы, когда она обнаруживается только в потомках бластомеров B4.1. Следовательно, для образования этого фермента необходим синтез новой РНК. Было показано (Crowther. Whittaker, 1984), что очень многие специфические клеточные маркеры, по которым можно судить о развитии асцидий? чувствительны к ингибиторам транскрипции, и поэтому морфогенетические детерминанты вообще могут действовать как активаторы специфической транскрипции.

Опыты с ингибиторами также показали, что некоторые детерминанты, как и мРНК, могут накапливаться в определенных областях яйца. С такой ситуацией мы. по-видимому, встречаемся в случае синтеза щелочной фосфатазы в кишечнике зародышей оболочников. Этот фермент синтезируется в энтодерме личинки и сегрегируется в тех клетках, которые формируют кишку (рис. 7.7). Актиномицин D не оказывает влияния на синтез этого фермента, хотя ингибиторы трансляции предотвращают ею экспрессию (Whittaker. 1977). Следовательно, мРНК для кишечной щелочной фосфатазы уже должна содержаться в цитоплазме ооцита. Каким-то образом мРНК сама должна попасть в соответствующий бластомер. Результаты недавних исследований позволяют предположить, что этот процесс осуществляется не без помощи цитоскелета (см. ниже разд. «Дополнительные сведения и гипотезы»).

Джеффри и др. (Jeffery et al.. 1986) показали, что помимо мРНК в яйце накапливается специфический для мышц актин. Эти авторы обнаружили, однако, что в энуклеированных оплодотворенных яйцах Styela щелочная фосфатаза не синтезируется. Если бы синтез щелочной фосфатазы был полностью независим от ядра, то ее можно было бы обнаружить. Такое несоответствие ставит перед нами несколько важных вопросов о том, какие выводы

Рис. 7.7. Локализация щелочной фосфатазы у зародышей Ciona, развитие которых было остановлено на разных стадиях цитохалазином В. А. 2-клеточная стадия. Б. 4-клеточиая стадия. В. 8-клеточная стадия. Г. 16-клеточная стадия. Реакции на фермент, проводимые через 14 - 16 ч после оплодотворения, выявили локализацию детерминантов щелочной фосфатазы. (Из Whitiaker. 1977: фотографии с любезного разрешения J. К Whittaker.)

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. 2: Пер. с англ. – М.: Мир, 1994. – 235 с.

14________________ ГЛАВА 7 ______________________________________________________________________________

и из каких данных могут быть сделаны. В лаборатории Уиттейкера измеряли уровень ферментативной активности у зародышей, развивавшихся в среде, в которой содержались ингибиторы. Результаты позволяют предположить, что ингибиторы проникают в каждую клетку одинаковым путем, одинаково действуют на каждый ген и не оказывают никакого другого заметного влияния на развитие (кроме специфического подавления транскрипции или трансляции). В лаборатории Джеффри измеряли активность щелочной фосфатазы в энуклеированных яйцах, принимая, что мРНК для этого фермента (если она существует) не локализована в том компартменте клетки, который остается связанным с женским пронуклеусом. Предполагалось также, что трансляция этой мРНК не зависит от других факторов, которые могут контролироваться на уровне транскрипции. Ни одна из упомянутых выше двух групп исследователей не могла получить прямых данных о событиях, приводящих к детерминации клеток. Они пользовались данными о процессах клеточной дифференцировки для количественного анализа раннего состояния детерминации. А между тем анализ детерминации должен привести к идентификации специфических белков или мРНК. которые определяют (коммитируют) судьбу клетки (а не тех специфических белков или мРНК, которые синтезируются в результате этого коммитирования).

Выделить внутриклеточные морфогены стандартными биохимическими методами оказалось чрезвычайно трудным делом. Вероятно, морфогены лабильны и содержатся в зародышах в низких концентрациях, а специалисты в области биологии развития располагают для работы лишь ограниченным числом зародышей (в отличие от микробиологов, которые могут начинать опыты, имея килограммы E. coli) Недавно появились два альтернативных подхода к биохимическому выделению морфогенов. Один из них генетический подход, состоящий в том. чтобы идентифицировать мутантные гены, ответственные за синтез нефункциональных морфогенов. Затем следует клонировать нормальные аллели (аллели дикого типа) для этих морфогенов. Генетический подход может быть использован только на таких организмах. как дрозофила, геном которой хорошо изучен, а мутанты могут быть легко выявлены. Работа в этом направлении началась, и мы обсудим полученные результаты в настоящей главе позже.

Второй альтернативный подход - иммунологический, предполагающий получение антител, которые специфически связываются с цитоплазматическими молекулами. Этот метод был использован Нисикатой и др. (Nishikata et al.. 1987), которые из области желтого серпа пытались выделить в чистом виде детерминанты, определяющие формирование мышц. Эти авторы производили инъекцию цитоплазмы желтою серпа яиц оболочников мыши. у которой в результате инъекции начинали вырабатываться антитела к чужеродному материалу. Некоторые полученные антитела специфически связывались с областью желтого серпа в яйце и были способны подавить образование специфической для мышц ацетилхолинэстеразы. В настоящее время исследования продолжаются с целью идентифицировать молекулы, связывающиеся с этими антителами, и охарактеризовать их активность во время развития.