3. Транскрипция и амплификация генов в оогенезе

Дифференцировка цитоплазмы яйца обусловлена функционированием хромосом,которое особенно выраже­но у видов с хромосомами типа ламповых щеток. Они имеют отчетливо выраженное хромомерное строение. Из хромомеров в виде петель вытянуты ДНК-вые оси хромосом. Поскольку хромосомы типа ламповых щеток существуют в диплотене и состоят из четырех хроматид, каждый участок таких хромосом представлен четырьмя хромомерами и четырьмя петлями. Петли — это участки хромомера с интенсивной транскрипцией. Обычно в них легко различают тонкий конец, где начинает свое движе­ние РНК-полимераза, и толстый конец, где транскрипция заканчивается. Так называемый матрикс, которым покрыты петли, представляет собой гранулы или фибриллы, со­стоящие из вновь синтезированной РНК и белка, т. е. рибонуклеопротеиновых частиц. Некоторые петли имеют специфическую морфологию и легко идентифицируются. Существенно отметить, что число петель у тритонов — объектов, у которых хромосомы типа ламповых щеток изучены наиболее подробно,— близко к числу типов иРНК, присутствующих в цитоплазме. Эта иРНК используется не только для формирования цитоплазмы яйца.Большая часть молекул иРНК, синтезированных хромосомами типа ламповых щеток, не связана с рибосомами. Онаисполь­зуется позже во время раннего эмбриогенеза.

К числу других важных событий, осуществляющихся под генетическим контролем во время оогенеза, относится селективная амплификация (умножение числа копий) рибосомного гена, наблюдающаяся у некоторых живот­ных, например у амфибий.Причина амплификации – резкое увеличение объема яйцеклетки по сравнению со средней соматической клеткой, достигающее иногда трех порядков. Чтобы заполнить такой огромный объем клетки рибосомами, гены рДНК сами увеличиваются в числе настолько, что, например, у Xenopus laevis по окончании амплификации содержание рДНК почти равно количеству ДНК, заключенному в диплоидном наборе хромосом. Чис­ло ядрышек — органелл, где происходит сборка рибо­сом, — соответственно возрастает с 2 до 1,5 тыс.Замеча­тельная особенность молекулярногомеханизма амплифи­кации заключается в том, что он осуществляется по принципу катящегося кольца. Одна из копий гена рДНК покидает хромосому, затем замыкается в кольцо, из которого как бы вытягивается хвост длиной в несколько десятков микрометров. Затем эта структура вновь циклизуется, образуя большое кольцо, на основе которого формируется ядрышко.

В последнее десятилетие явление амплификации от­дельных генов было открыто не только в оогенезе. Так, устойчивость клеток к противораковым препаратам может быть обусловлена гиперпродукцией тех ферментов, кото­рые они инактивируют.

4. Дифференциальная активность генов в онтогенезе

Развитие характеризуется сменой активности различ­ных генов.Для того чтобы наглядно представить себе этот процесс, достаточно вспомнить основной биогенети­ческийзакон Э. Геккеля, согласно которому в эмбриогенезе каждого вида повторяются основные черты эмбриональ­ного развития его эволюционных предшественников. Ясно, что гены, контролирующие образование зачаточных жа­берных щелей и других подобных органов, функционируют в онтогенезе плацентарных млекопитающих лишь ограни­ченное время.

Четкая упорядоченность в связи со стадиями индивидуального развития установленадля смены функ­ционирования генов гемоглобина у млекопитающих. Подобных примеров можно привести немало, однако с точки зрения генетики развития наиболее интересны те случаи, где дифференциальная активность генов может быть прослежена непосредственно по изменению некото­рых особенностей хромосом, иногда называемых особен­ностями хромосомного фенотипа. Наиболее ярким приме­ром такого рода служат пуфы в гигантских политенных хромосомах (рисунок 2). Морфологически они представля­ют собой вздутия определенных районов хромосом, обусловленные декомпактизацией отдельных дисков и интен­сивным синтезом в них РНК- Пуфы, таким образом, можно рассматривать как высокоактивные в функциональ­ном отношении тканеспецифичные и стадиеспецифичные гены. Установлена роль гормонов (в частности, экдизона — гормона окукливания в индукции пуфов), а также роль белков, синтезированных ранними пуфами, в индук­ции поздних пуфов.

Рисунок 2 – Пуфирование гигантских хромосом в клетках слюн­ных желез дрозофилы иод действием экдизона: 1 — экдизон, 2— рецепгорный белок, 3— комплекс экдизона и рецепторного белка. 4 - ранний пуф. 5 — иРНК, 6 — белки — про­дукты раннего пуфа, 7 — регрессия раннего пуфа, 8 — поздние пуфы, возникшие под действием продуктов раннего пуфа

Таким образом, стероидные гормоны и белки, вероятно, не единственные факторы,ответствен­ные за переключение генов в онтогенезе, а следовательно, и за смену фаз индивидуального развития организма. Особенно велика роль стероидных гормонов в регуля­ции генной активности у животных. Известно, что гормоны синтезируются в специализированных клетках желез внут­ренней секреции и циркулируют по всему организму. Однако отдельные гормоны активируют гены не во всех клетках, а только в клетках-мишенях, которые содержат специальные рецепторные белки, с которыми специфи­чески связываются молекулы гормона. Это связывание происходит в цитоплазме, а затем образовавшийся комп­лекс проникает в ядро, где он взаимодействует с опре­деленными негистоновыми белками хромосом. В отсут­ствие гормонов эти белки блокируют либо промоторные, либо иные, пока неизвестные регуляторные участки опре­деленных генов. Комплекс «гормон — рецепторный белок» снимает блокирующее действие негистонового белка-репрессора, следствием чего являются транскрипция данного гена, созревание иРНК, транспорт ее в цитоплазму и синтез белка.