Николай Курчанов - Генетика человека с основами общей генетики. Учебное пособие

Хотя гомеозисные гены наиболее основательно изучены у дрозофилы, все представители животного мира, имеющие стадию сегментированного зародыша (в том числе человек), имеют гомеобокссодержащие гены. Структура гомеобокса (180 п. н.) оказалась исключительно консервативна у самых дальних филогенетических групп. Так, из 60 аминокислот гомеодомена лягушки и мухи 55 оказались одинаковыми. Такая консервативность характерна для структур, определяющих самые ранние стадии развития. Действительно, гомеозисные гены дрозофилы начинают экспрессироваться уже через 2 ч после оплодотворения.

У млекопитающих выявлено 38 гомеобокссодержащих генов (Корочкин Л. И., 2002). Они получили название НОХ-генов. Как гомеозисные гены дрозофилы, так и НОХ-гены формируют компактные группы – кластеры.У человека 4 кластера расположены на хромосомах 2, 7, 12, 17. В отличие от дрозофилы, у млекопитающих определенная структура контролируется не отдельными НОХ-генами, а специфичной для этой структуры совокупностью экспрессий нескольких НОХ-генов. Одним из интересных явлений, наблюдаемых в генетике развития, является феномен «коллинеарности» (соответствия) между последовательностями гомеобокссодержащих генов в кластере и зонами их экспрессии вдоль оси тела.

Поскольку дифференцированные клетки утрачивают митотическую активность, в каждой ткани существует резерв клеток, сохранивших способность к делению. К таким клеткам принадлежат стволовые клетки– недифференцированные клетки-предшественники других клеток, сохраняющие высокий потенциал развития. В связи с этим один из классиков биологии развития швейцарский ученый Э. Хадорн, рассматривая детерминацию как сложный и многоступенчатый процесс, разделил ее на два вида:

1) детерминация, ведущая к дифференциации;

2) детерминация, ведущая к воспроизведению недифференцированных клеток, служащих своеобразным резервом для различных дифференцировок.

Эмбриональные стволовые клетки зародыша обычно тотипотентны. Тотипотентность(эквипотенциальность) – это способность клетки развиваться в любом направлении. У взрослого организма стволовые клетки мультипотентны, т. е. способны дифференцироваться в различные виды клеток, но не в любые. Однако можно допустить, что ядра некоторых из этих клеток сохраняют тотипотентность. Такая возможность представляет определенный интерес для решения проблемы обратимости детерминации.

Одним из важнейших и интереснейших вопросов биологии развития является вопрос «прочности» детерминации. Наличие стойкой детерминации к определенным направлениям дифференцировки – одна из фундаментальных характеристик тканевой системы. Можно ли изменить детерминированность, переключить развитие клетки в новом направлении?

Одним из направлений поиска ответа на этот вопрос являются эксперименты по клонированию. Клономназывается клеточная популяция, возникающая из одной исходной соматической клетки, а процесс получения клона называется клонированием.Примером клонирования являются эксперименты с трансплантацией ядер, которые показали принципиальную возможность обратимости изменений при дифференцировке.

Однако проблема тотипотентности, т. е. сохранение клетками способности давать целый организм, не настолько проста, чтобы прийти к однозначному решению.

После успешных опытов Дж. Гердона опыты по трансплантации ядер были продолжены на млекопитающих. До стадии 8 бластомеров клетки зародышей млекопитающих тотипотентны, что подтверждают удачные опыты по развитию организмов из одного бластомера. Другим подтверждением является обратное явление – объединение клеток двух эмбрионов. Организмы, полученные агрегацией генетически различных клеток, называются химерами.Химер можно также получить, вводя клетки ранних эмбрионов (даже одну клетку) в чужеродную бластоцисту. Бластоцистапредставляет собой стадию эмбриогенеза млекопитающих. Введенные клетки включаются в состав клеточной массы эмбриона-реципиента. У такой химеры клетки перемешаны случайным образом, поэтому ее ткани и органы тоже химерны. Это показало, что каждый тип тканей образуется не из одной клетки-предшественницы, а из группы клеток.

Эксперименты по трансплантации ядер млекопитающих в энуклеированные яйцеклетки вначале были неудачными. Всего 5 % ядер 4-клеточных эмбрионов и около 20 % ядер 2-клеточных зародышей мышей развивались до стадии морулы. Это указывает на быструю потерю тотипотентности в ходе эмбриогенеза. Поэтому сообщение о рождении клонированной овечки Долли в 1997 г. стало настоящей сенсацией. Английский эмбриолог Я. Вильмут использовал ядра клеток молочной железы взрослой овцы, вводя их в энуклеированную яйцеклетку и перенося их затем в овцу-реципиента. Из 250 экспериментов успехом увенчался один. В 1998 г. была разработана методика клонирования мышей с вероятностью успеха около 2 % путем воздействия на яйцеклетку специальных стимулирующих веществ.