Sunt embrionii nevoie de gene?

În toate aceste stadii de dezvoltare, genomul de obicei nu funcționează la animalele multicelulare. În imagini: dezvoltarea meduzei Aequorea de la prima divizie a zigotului la blastula (fotografie de pe site-ul raven.zoology.washington.edu)

Contrar credintei populare că dezvoltarea personală este realizarea încorporat în genomul este, „program“, etapele timpurii ale dezvoltării embrionare de animale sunt la gena deconectat e. Pana la blastula sau gastrula embrion sintetizeze toate are nevoie de proteine ​​pe baza ARNm derivat din mama. Atunci când genele fetale încep să înceapă să funcționeze, ARN-urile mamei sunt distruse. Mecanismele și semnificația biologică a acestor fenomene rămân în mare parte misterioase.

Se consideră că dezvoltarea individuală (ontogenie) - această treptată „realizare“ a informației genetice care este conținut în genomul unui ovul e fecundat (zigoți) și care, eventual, în cele din urmă „încorporată“ în structura organismului adult. Toată lumea înțelege că drumul de la genotip la fenotip este dificil și sinuos, dar puțini evolutionistii serios încearcă să explice caracteristicile cheie ale evoluției proceselor complexe de auto-organizare, care constituie esența ontologia și (sarcină prea dificilă). Prin urmare, de obicei, încearcă să simplifice problema, reducând totul la întrebarea de modul în care aceste sau alte modificări ale genotipului (de exemplu, mutații aleatorii) pot fi reflectate în dezvoltarea embrionului.

Conform vederilor tradiționale, genomul este considerat ca fiind un principiu activ (în el totul este inițial "codificat", el "ghidează" dezvoltarea). Fătul în curs de dezvoltare, dimpotrivă, este considerat un fel de "rezultat" pasiv al activității genomului a. Chestiunea este complicată oarecum de faptul că genomul în sine în timpul ontogeniei și este în mod clar sub control: celulele din diferite embrion unele gene incluse, alte off în succesiune strict determinată, în special, semnale chimice schimbate între celule și țesuturi de embrioni. Oricine conduce, nu devine clar. Unele teorii YETİK despre el chiar susțin că genomul - nu este un „program de dezvoltare fatului“, ci mai degrabă un set de instrumente care utilizează embrionul (sau nu utilizați) pe cont propriu.

Pentru a controla propriile gene embrion folosește multe mecanisme diferite: acest regulament transcripțional (gena de citire), folosind proteine ​​regulatoare specifice de ARN mic - factori de transcripție (celebre HOX-gene codifica, de asemenea, factori de transcriere), și mecanisme speciale „epigenetice“ (a se vedea C. . reglementarea Nazarenko A. epigenetice activității genei și evoluția acesteia), inclusiv metilarea genelor folosind enzimele ADN specifice și methyltransferases histone acetilare. - proteine ​​care sunt „rană“ mol DNA Kula. Spre deosebire de controlere convenționale, switch-uri, „epigenetice“ este adesea moștenită de la celula mama la fiica, adică, poziția lor (inclusiv. / Oprit.) Poate fi menținută constantă într-o serie de generații de celule divid.

Un alt factor care face teza dubioase de condiționare și univocă și gena ontogeniei lea zigotului, este faptul că marea majoritate a animalelor multicelulare în stadii incipiente de dezvoltare a unei gene nu funcționează. Este pur si simplu oprit, toate genele silențioase și ARN mesager ( „care poate fi citit“ dintr-o matrice pentru sinteza proteinelor genelor) nu sunt produse.

O gastrula tipică a unui animal multiceluros. A - ectoderm (frunză embrionară exterior), B - blastocoel (cavitate a corpului primar), C - archenteron, D - endodermului (fișa nucleaŃie internă), E - blastopore (gura primară). Foto: Dr. Anna E. Ross, Universitatea Christian Brothers, TN (de la coris.noaa.gov)

Embrionul suferă transformări complexe. Oul începe să se prăbușească, numărul de celule din embrion crește geometric: 2, 4, 8, 16, 32. În final, se formează o minge de celule (blastula) cu un singur strat. Celulele localizate pe unul din stâlpii blastulei migrează spre interior, dând naștere celei de-a doua frunze embrionare (endoderm), de unde se va dezvolta mai târziu intestinul. În acest stadiu, un embrion cu două straturi este numit gastrula. Numai în acest stadiu, în multe animale, genele moștenite de la papă împreună cu mama încep să fie incluse în cele din urmă. În altele, acest lucru se întâmplă puțin mai devreme - în stadiul de blastule. Și numai mamiferele - un grup unic în multe privințe - includ genele lor chiar mai devreme (de exemplu, șoarecele face acest lucru pe scena a două celule).

Răspunsul la prima întrebare este mai mult sau mai puțin clar. Oul conține un număr mare de ARN matricial, moștenit de la corpul mamei. Aceste mARN-uri sunt citite din gene materne bine în avans, în timpul maturării oului. Acestea asigură sinteza proteinelor necesare pentru etapele timpurii ale ontogeniei. La un moment dat, mRNA matern începe să fie distrusă. Acest lucru se întâmplă doar atunci când fătul începe să producă mRNA în sine, adică include genele sale. Acest proces destul de rapid de înlocuire a mRNA matern cu embrionul pe cont propriu se numește tranziție materno-zygotică (MZT).

1. Pe măsură ce numărul de celule din embrion începe să rateze substanțele (oricare ar fi ele de ei înșiși și nici nu este reprezentat), care nu permit embrionul să se alăture gene. stadiile timpurii ale animalelor embriogenezei nu sunt numite în mod accidental „strivire“: zigot este zdrobit, după fiecare diviziune celule embrionare devine mai mică diviziuni celulare între etapa offline a creșterii celulelor. citoplasmatic totală crește în timp ce numărul de nuclee de celule și, prin urmare, un ADN crește exponențial. Dacă presupunem că oul este pre-aprovizionat cu unii inhibitori de transcriere, valoarea acestor inhibitori ipotetice care pot fi atribuite fiecărei celule ar trebui să scadă rapid, iar în cele din urmă ei rămân atât de mici încât nu pot controla transcrierea.
2. Este posibil ca inițial în zigot să se blocheze anumite gene-cheie, ale căror lucrări inițiază transcripția. Astfel, s-a arătat că introducerea artificială a activatorilor de transcripție puternici (de exemplu, așa-numita proteină care leagă TATA, TBP) în embrion poate provoca încorporarea parțială prematură a genei embrionare a.
3. În cele din urmă, o secvență rapidă de diviziuni celulare în sine poate interfera cu transcripția. La urma urmei, fiecare diviziune trebuie să fie precedată de dublarea ADN-ului (replicare). În cursul fragmentării, replicarea trebuie să aibă loc, de fapt, în mod continuu. Între timp, se știe că replicarea poate interfera cu transcripția, iar în timpul diviziunii celulare (mitozei), mRNA care nu au fost încă sintetizate pot fi rupte și distruse. Poate că celulele embrionului pur și simplu nu au fizic timp să-și transcrizeze genele? Încetinirea artificială a procesului de fragmentare poate provoca într-adevăr încorporarea prematură a genomului embrionar. Apropo, la mamifere, fragmentarea se desfășoară relativ încet, nu este aceasta explicația pentru includerea timpurie a genelor de embrioni?

Cu toate acestea, niciuna dintre aceste teorii nu explică totalitatea faptelor disponibile. De exemplu, ei nu sunt în măsură să explice de ce gene embrionare sunt incorporate treptat, într-o ordine strict definită, și genele unice pot fi incluse deja în primele etape ale fragmentării.

Al doilea aspect important al MZT este distrugerea ARNm-ului matern. Aici, după cum sa dovedit, totul este prevăzut în avans: mARN-urile materne sunt etichetate cu o secvență specială de nucleotide localizate pe "coada" netranslatată a acestor molecule (adică nu codifică proteina). Printre primele gene pe care embrionul le include în procesul MZT se numără genele proteinelor specifice și ARN-uri mici care recunosc această secvență, se atașează la aceasta și astfel inițiază distrugerea mRNA-urilor materne.

Înainte de a înțelege pe deplin toate aceste procese, știința este încă foarte departe, dar lucrurile se mișcă. Atunci când mecanismele de bază ale reglementării genelor în timpul ontogenei timpurii sunt descifrate, biologii vor putea să se ocupe de următoarea întrebare fundamentală, și anume: de ce este necesar acest lucru? de ce animalele multicelulare nu își încredințează genomul în controlul stadiilor incipiente de dezvoltare, iar apoi la un moment dat "trecerea" de la transcrierile materne la cele proprii?

Apropo, această problemă are nu numai semnificație teoretică, dar și practică. Dificultățile întâmpinate în clonarea animalelor sunt în mare măsură determinate de faptul că încă știm foarte puțin despre activitatea genelor în cursul dezvoltării timpurii. Clonarea animalelor se realizează prin transplantarea nucleului din celula somatică (non-sexuală) a unui animal în ovulul celuilalt. Cu toate acestea, pentru dezvoltarea normală, este necesar ca genele embrionului să fie inițial mutate și sunt destul de active în nucleul donatorului. Citoplasma oului ar trebui să "reprogrameze" nucleul, să oprească genomul. și apoi la momentul potrivit pentru ao întoarce. Deși nu știm cum să o ajutăm, este dificil de așteptat un mare succes în clonare.

Discuție Nu au mai fost discutate încă.

Probabilitatea euristică
Astăzi, există metode care, chiar și în cazul în care un minim de experiență pentru a estima cât de probabil este ca minti parteneri și prieteni, cât de încrezător poate permite o relație între fenomene, inclusiv, s-ar părea fără nici o legătură: Euristici probabilitate.

Articole similare

• Genele au nevoie de • embrioni • branduri alexander • știri despre "elemente" • genetică

• Embrionii au nevoie de gene pentru nașterea complexității biologiei evolutive astăzi

• Trebuie să defragmentez discul în Linux •

Trimiteți-le prietenilor: