Цитоплазматическая локализация у зародышей моллюсков

«Мозаичный» тип дифференцировки широко распространен в животном царстве, особенно у таких организмов, как гребневики, кольчатые и круглые черви и моллюски. - т.е. у животных, у которых гаструляция начинается на будущем переднем конце зародыша после небольшого числа делений. Моллюски дают один из наиболее впечатляющих примеров мозаичного развития и феномена цитоплазматической локализации, когда морфогенетические детерминанты обнаруживаются в специфической области ооцита.

Дополнительные сведения и гипотезы: Внутриклеточная локализация и движения морфогенетических детерминантов

Различные компоненты оплодотворенного яйца (в том числе желток, пигмент и растворимые белки) можно легко сместить центрифугированием, однако такое смешение обычно не влияет на эмбриогенез (см. обзор Morgan. 1927). Из этого следует, что либо молекулы детерминантов слишком малы, чтобы двигаться под действием центрифугирования, либо они каким-то образом закреплены в яйце («заякорены»). Отсутствие диффузии, о которой свидетельствует цитоплазматическая локализация этих детер-

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

__________________ ДЕТЕРМИНАЦИЯ ПОСРЕДСТВОМ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ СПЕЦИФИКАЦИИ ________________ 15

минантов, опровергает первую возможность. Более вероятно, что детерминанты прикреплены к нерастворимому материалу, возможно к цитоскелету клетки. Эта инфраструктура, состоящая из филаментов и трубочек, распространена по всей клетке, но особенно хорошо выражена в кортикальном слое цитоплазмы ооцита. Было показано (Cervera el al., 1981). что в культивируемых клетках большая часть РНК ассоциирована с цитоскелетом. Следовательно, цитоскелет может являться местом специфической локализации цитоплазматических детерминантов.

Цитоскелет можно выделим, из клеток с помощью неионных детергентов, таких, как тритон Х-100. Детергент растворяет липиды, тРНК и монорибосомы. Остающийся цитоскелет содержит микротрубочки, микрофиламенты. промежуточные филаменты и примерно 200 белков, в том числе белок, способный связываться с 5’-концом мРНК (Zumbe et al.. 1982: Moon et al.. 1983). У оболочников Styela и Boltenia желтый серп, из материала которого формируются мышцы, характеризуется актинсодержащим цитоскелетным доменом. Этот домен первоначально распределен в неоплодотворенном яйце равномерно. После оплодотворения, однако, актиновые микрофиламенты сокращаются и сегрегируются в бластомерах. предназначенных для формирования мышц, при этом они захватывают с собой желтые пигментные гранулы и ряд мРНК (Jeffery, Meier. 1983; Jeffery. 1984). На рис. 7.8 можно видеть, что цитоскелет содержит желтые пигментные гранулы, которые получили свою внутриклеточную локализацию в результате движений цитоплазмы ооцита в период оплодотворения. Белки этой области желтого серпа значительно отличаются от белков остальной части яйца, тогда как мРНК этой области, по-видимому, не являются специфичными для желтою серпа (Jeffery. 1985). Таким образом, цитоскелет может служить якорем для морфогенетических факторов, детерминирующих судьбу клетки зародыша.

Локализация специфических белков или мРНК в специфических областях яйца не ограничена «мозаичными» зародышами. Было показано (Weeks et al.. 1985). что анимальные и вегетативные шапочки яиц амфибий также содержат некоторые уникальные мРНК Эти исследования начались с выделения мРНК из растущих ооцитов (рис. 7.9). Используя методику, которая будет подробно изложена в гл. 10. исследователи выделили и очистили мРНК из различных областей яйца лягушки. Большая часть мРНК из анимальной и вегетативной шапочек яйца оказались идентичными, однако небольшой процент РНК из анимальной области не был представлен в вегетативной цитоплазме, а некоторые мРНК вегетативной шапочки не были обнаружены в анимальной цитоплазме. Одна из таких уникаль-

Рис. 7.8. Сегрегация морфогенетических детерминантов в яйцах оболочников. Яйца обрабатывали тритоном Х-100 детергентом, растворяющим мембрану, что позволяло наблюдать цитоскелетные компоненты. А. Неоплодотворенное яйцо Styela; желтые пигментные гранулы и цитоскелет видны по всей поверхности, А Сегрегация желтой цитоплазмы в только что оплодотворенной зиготе Boltenia. Область, содержащая желтые пигментные гранулы, приподнята и состоит из собственно плазматической мембраны и лежащего глубже сплетения филаментов. Предполагаемое направление миграции пигмента показано стрелкой. Фотографии получены с помощью сканирующего электронного микроскопа. (Из Jeffery. Meier. 1983: фотографии с любезного разрешения S. Meier.)

ных вегетативных мРНК была обнаружена в опытах, в которых развивающиеся яйца лягушки инкубировали с радиоактивной ДНК. комплементарной этой мРНК из вегетативной области. (Эта кДНК была получена путем транскрибирования РНК на другой нити ДНК этого гена). Если комплементарная ДНК находила эту мРНК. то она связывалась С ней и оставалась в клетке. Присутствие радиоактивности выявляли с помощью фотографической эмульсии, на которой после экспозиции и проявления оставался след. Рис. 7.9 показывает, что в ранних ооцитах эта мРНК из вегетативной области (называемая Вг1) обнаруживается во всем ооците. Правда, по мере развития ооцита она становится локализованной в вегетативной области яйца (Melton. 1987). Механизм перемещения Brl в вегетативную область пока неизвестен.

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

16________________ ГЛАВА 7 ______________________________________________________________________________

Рис. 7.9. Локализация мРНК в вегетативной шапочке ооцита Xenopus. Ооциты на разных стадиях развития инкубировали с радиоактивной РНК, комплементарной Br1 мРНК. Присутствие и локализацию Brl можно было обнаружить по наличию радиоактивности в любой области яйца (поскольку радиоактивное излучение выявляется с помощью фотографической эмульсии). В ранних ооцитах {Α) Br1 мРНК распределена равномерно по всей цитоплазме. Однако по мере созревания ооцита (Б Г) Brl мРНК постепенно локализуется в области вегетативного полюса яйца Темная область вблизи центра ооцитов зародышевый пузырек. (Из Melton. 1987: фотографии с любезного разрешения D. Melton.)

В начале века выдающийся американский эмбриолог Вильсон опубликовал результаты интереснейших опытов. Он изолировал ранние бластомеры зародышей моллюска Patella coerulea и сравнивал их развитие с развитием таких же клеток, оставленных в других зародышах. На рис. 7.10 приведены некоторые результаты опытов, опубликованные Вильсоном в 1904 г. Изолированные бластомеры не только дифференцировались соответственно их проспективному значению (в этом случае формировались реснитчатые клетки трохобласта). но и осуществляли то же самое число клеточных делений и точно в то же самое время, как это делали такие же клетки, оставшиеся в интактном контрольном зародыше. Ориентация этих делений дробления была правильной, и в соответствующее время образовавшиеся клетки формировали реснички. На основании результатов своих опытов Вильсон пришел к выводу, что сами клетки содержат факторы, детерминирующие форму и ритм делений дробления, а сложная дифференцировка. которую они претерпевают, не зависит полностью от их связей с остальной частью зародыша.

Рис. 7.10. Дифференцировка клеток трохобласта у нормального зародыша моллюска Patella (А В) и изолированных клеток трохобласта. культивируемых in vitro (Г Ж). А. Стадия 16 клеток, вид сбоку; презумптивные клетки трохобласта выделены серым цветом. Б. Стадия 48 клеток. В. Личинка, несущая реснички (яиц с анимального полюса). Реснички видны в клетках трохобласта. Г. Изолированная клетка трохобласта. Д. Е. Результаты первого и второго делений в культуре клеток. Ж. Образование ресничек на поверхности изолированных клеток, показанных на рис. 7.10, Е; даже в культуре изолированных клеток появление ресничек по времени точно соответствует их появлению у контрольных зародышей. (По Wilson, 1904.)

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

__________________ ДЕТЕРМИНАЦИЯ ПОСРЕДСТВОМ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ СПЕЦИФИКАЦИИ ____________ 17