Генетические основы онтогенеза, страница 2

6.2 Особенности реализации наследственной программы развития.

Говоря об особенностях реализации наследственной программы развития, необходимо отметить, что информация о достижениях в этой области пока белым пятном  на карте современных знаний наук о человеке. Наиболее изучено действие генов в раннем развитии.

Сложнейший прцесс развития от оплодотварённой яйцеклетки до целого организма можно упростить, сведя его к функционированию генов и синтезу контралируемых ими балков.

Согласна центральной молекулярно-биологической догме, развитие любого признака представляет собой цепь последовательных событий. Происходящих на генетическом уровне в ядре и цитоплазме клетки. Эти события включают:

на уровне ядра:

--- транскрипцию гена(участка молекулы ДНК) и образование инфармационной РНК (первичная mРНК или РНК-транскрипт);

--- созревание РНК-транскрипта (процессинг и слайсинг) и его транспорт через ядерную мембрану;

на уровне цитоплазмы:

--- транспорт mРНК (после рохождения через ядерную мембрану) к рибосомам;

--- трансляцию mРНК и биосинтез белка в рибосомах (оба процесса идут параллельно друг другу).

Начнём с самого первого события. Инициация начальных стадий происходит под контролем материнского генома. Цитоплазма яйцеклетки содержит вещества, определяющие пространственную поляризацию делящихся в ней ядер.В период поляризации гены зиготы неактивны, так как они прочно связаны с гистонами. Активация генов происходит после 8 делений ядер и миграции их в кортекс.

Гены транскрибируются с образованием РНК-транскрипта под действием РНК-полимеразы. Процесс начинается со связывания этого фермента с промотором. Связавшися с промотором в начале гена, РНК-полимераза перемещается вдоль него, синтезируя РНК-транскрипт. В это время работе фермента способствуют (или препятствуют) регуляторные гены, которые связываются со специфическими участками ДНК, так называемыми операторами.

Конечным результатом действия регуляторного гена служит появление специфическогот белка, осуществляющего позитивную (стимулирующую транскрипцию) или негативную (препятствующую транскрипции) регуляции. Эти специфические белки (соответственно стимуляторы и супрессоры) образуются совместно с операторами регуляторный генетический комплекс (механизм) или «переключатель генов», переводящий гены в активное  (экспрессия) или пассивная (репрессия) состояния.

Следует отметить, что в каждый конкретный момент развития из всей совокупности генов и генотипов (50-100 тыс.) в состоянии экспрессии находятся не более 5-10%; остальные гены репрессированы (Б. Карлсон, 1983).

На начальных стадиях активизируются гены, определяюшие способность клеток к пролиферации (общие гены), и гены, регулирующие их общий метаболизм (гены общего метаболизма). После формирования бластоцисты преимущественно экспрессируются тканеспецифические гены. В период перехода в стадию органогенеза включаются органоспецифические гены, а к началу функционирования органов включаются гены, регулирующие специфические функции специализированых клеток (Б.В. Конюхов, 1976).

Т.о., гены, контралирующие раннее развитие организма, функционируют лишь на определённых стадиях: до достижения клетками или тканями конкретных этапов дифференцировки. Такие гены называются хроногенами.

Помимо хроногенов, имеются гены-переключатели (switch-гены). Например, гены-переключатели синтеза эмбрионального коллагена на коллаген взрослого типа, эмбрионального гемоглобина на фетальный и дефинитивный гемоглобин (Ю. Е. Вельтищев, 1992).

 Дифференциация, детерминация генов в онтогенезе

Высшие эукариоты это многоклеточные организмы, у которых различные группы клеток приспособлены для выполнения различных функций . Развитие организма начинается с зиготы, содержащее одно диплоидное ядро. Затем зигота делится митотически, образуя множество клеток малого размера, содержащих дочерние ядра. Клетки, которые возникают в результате ранних делений дробления, в ходе дальнейшего развития зародыша дают начало различным специализированным типам клеток, в каждом из которых происходит экспрессия определённого набора генов.

Дифференциальная экспрессия генов

На начальных этапах онтогенеза, когда не происходит дифференциация клеток, они способны пройти все этапы развития, и дать начало любому типу клеток. Такая способность называется тотипотентность. В естественных условиях из таких клеток развивается однояйцовые близнецы. Тотипотентность сохраняется и в дифференциальных клетках. В соматических клетках в процессе развития происходит  дифференциальная экспрессия генов.