Гены и механизмы дифференцировки

Различные регуляторные сигналы, обеспечивающие включение и выключение генов, по-видимому, представляют собой важную составную часть механизма дифференцировки клеток. Дифференцировка клеток, или их онтогенетическая дивергенция, происходит на основе детерминации определенного клеточного типа. Детерминация — это установление функционального состояния, [c.424]

Эволюция эукариот. Эукариотические клетки, видимо, возникли лишь тогда, когда в атмосфере появился кислород. Все эукариоты, за очень малым исключением,-аэробные организмы. Прокариоты занимали много различных экологических ниш. Выработка разнообразных типов метаболизма у прокариот была, по-видимому, обусловлена простой структурой клетки, высокоразвитыми системами регуляции, быстрым ростом и наличием нескольких механизмов переноса генов. На пути дальнейшей эволюции прокариот стояли непреодолимые трудности, связанные прежде всего с малыми размерами генома, его гаплоидным состоянием и малой величиной клеток. Новая окружающая среда с аэробными условиями позволяла получать больше энергии, но для ее использования нужны были более крупные клетки, широкие возможности структурной дифференцировки и соответственно во много раз больший [c.521]

Клеточная память играет ключевую роль в развитии и поддержании сложной дифференцировки, характерной для многоклеточных организмов. Механизмы этой памяти большей частью не известны, но они основаны, вероятно, на функционировании каких-то положительных обратных связей во внутриклеточной системе, регулирующей активность генов. В главе 8 уже приводились доводы в пользу этого предположения и был подробно рассмотрен ряд возможных механизмов. [c.75]

Обоснованно принято считать, что большинство многоклеточных растений и животных начинает жизненный цикл с одной клетки - зиготы (оплодотворенного яйца). В результате многократных митотических делений из этой клетки возникает сложный, высокодифференцируемый организм. Этот процесс называют ростом и развитием. При этом упомянутый процесс включает дифференци-ровку. В результате дифференцировки клетка приобретает определенную структуру и, размножаясь, производит себе подобные. Так, в многоклеточном организме возникают различные ткани (органы) и происходит формирование сложного организма. Как полагают, причина этого явления не ясна [30]. Однако рост и развитие, несомненно, связаны с индукцией и репрессией генов. Считают, что дифференцировка проявляется через сложные взаимодействия между ядром, цитоплазмой и окружающей средой клетки. В литературе обсуждены различные этапы механизма дифференцировки. Их, естественно, весьма много [30, 31]. [c.22]

У эукариотических клеток развились куда более сложные механизмы контроля экспрессии генов, затрагивающие целые системы взаимодействующих генных продуктов. Как внешние, так и внутренние сигналы активируют или подавляют группы генов. При дифференцировке клеток должны координированно измениться и состав мембран, и цитоскелет, и секретируемые продукты, и даже метаболизм. Сравните, например, приспособленную к сокращению клетку скелетной мышцы и остеобласт - секретирующий твердый матрикс кости - > одного и того же животного (схема 1-2). Столь радикальные различия в типе клеток обусловлены стабильными изменениями в экспрессии генов. Механизмы, контролирующие такие изменения, развились у эукариот до беспрецедентной для прокариот степени. [c.37]

Делеции. Хрестоматийным примером стал расшифрованный механизм дифференцировки клеток животных при формировании генов иммуноглобулинов. В этом случае внутригенные делеции позволяют формировать целый ген из различных генных [c.155]

Вопрос о механизме запуска вторичной дифференцировки у каллусных клеток остается открытым. В настоящее время самое раннее событие, связанное с морфогенезом, — это появление тканеспецифичных белков. Установлено, что все морфогенетические изменения активируются и (или) контролируются специальными генами. [c.175]

Теперь это стало реальностью и уже привело к важнейшим открытиям, до основания потрясшим все здание классической и молекулярной генетики. Имеется в виду открытие расчленённости генов и их значительных перестроек и изменений в ходе формирования специализированных клеток или, как говорят биологи, при дифференцировке, о чем было рассказано в седьмой главе. Но главное, на что нацелены в этой связи усилия ученых, — это выяснение механизма возникновения рака. [c.143]

В качестве примера механизма такого типа дифференцировки клетки можно привести перестройку у бактерии Salmonella. В этом случае определенный фрагмент ДНК размером 1000 нуклеотидных пар инвертируется в ходе реакции, катализируемой ферментом сайт-специфической рекомбинации (рис. 10-28). Итак, ДНК в этом сайте может находиться в двух состояниях Влияние инверсии на экспрессию гена объясняется тем, что внутри фрагмента размером 1000 нуклеотидных пар находится промотор, ответственный за синтез определенного белка (названного флагеллином), который локализован на поверхности бактериальной клетки. Если этот промотор находится в одной ориентации, го образуется белок одного типа, а если промотор оказывается в другой ориентации-синтезируется другой белок. Поскольку такое переключение происходит очень редко, клоны клеток растут с одним или другим типом флагеллина. Этот феномен носит название фазовой вариации. Скорее всего такой механизм дифференцировки помогает популяции бактерий защищаться от иммунного ответа организма хозяина. Если у хозяина образуются антитела к одному типу флагеллина. некоторые бактерии, флагеллин которых оказался измененным вследствие перестройки генов, смогут выжить и размножиться. [c.200]

Из чего же может состоять сама программа Пока мы не знаем этого, мы можем лишь высказать некоторые соображения на этот счет. Программа, согласно которой происходит рост верхушечной клетки или меристемы и превращение ее в стебель, обязательно должна содержать информацию о сроках и плоскостях клеточного деления, а также информацию о размере, которого почка должна достигнуть, прежде чем начнется ее дифференцировка на специализированные клетки стебля. Она должна содержать информацию о том, где и когда должны начать формироваться листовые зачатки, а также о направлениях, в которых будут формироваться специализированные клетки каждого типа. Рассмотрим один из возможных механизмов, с помощью которого подобные инструкции могли бы быть зашифрованы в геноме. Речь идет о принципе морфогенетических тестов. Мы видели, что состояние генома клеток коры интактного клубня картофеля и изолированных клеток того же происхождения различно. Следовательно, такие клетки как бы апробируют среду, с тем чтобы узнать количество соседних клеток. В основе этого теста могла бы лежать, например, чувствительность в отношении концентрации некоего вещества, выделяемого клетками картофеля, которое быстро диффундирует из одиночной клетки и создает большую концентрацию в клубне. Присутствие этого вещества репрессирует определенные гены, а в его отсутствие репрессия снимается. Таким образом, используя множество различ- [c.529]

Механизм действия гиббереллинов до сих пор неясен. Было установлено, что в семенах злаков ГКз стимулирует синтез новых белков, в частности а-амилазы при этом ГКз эффективна в столь низких концентрациях (до 10- мкг/мл), что действует, вероятно, на таком глубоком уровне клеточного метаболизма, как включение и выключение генов, связанных с клеточной дифференцировкой (разд. 23.9). До настоящего времени, однако, убедительных подтверждений этого не получено, и к тому же другие эффекты требуют более высоких концентраций ГКз. Рост клеток растяжением гиббереллины стимулируют только в присутствии ауксинов. [c.261]

В-третьих, ДНК транскрибируется, и транскрипция различных генов тонко регулируется, в частности, на различных стадиях клеточного цикла и в процессе дифференцировки многоклеточных организмов. Гистоны, связанные с ДНК, влияют на этот процесс, они должны или удалять. я с ДНК в момент транскрипции, или каки.м-то иным способом ппопускать РНК-полимеразу. Механизмы узнавания белками определенных последовате тьностей ДНК у эукариот изучены в горазло меньшей степени, чем у прокариот. Возможно, у эукариот важную роль в этом процессе играют белок-белковые взаимодейств 1я. Многие эукариотические гены подчиняются нескольким различным регуляторным сигналам, поэтому их система регуляции весьма сложна и наверняка включает несколько белков. [c.234]

Таким образом, можно заключить, что в основе клеточной дифференцировки лежит пе постоянное изменение состава генома клеток, а различное выражение мириад генов, содержащихся в геноме. Это означает, что механизмы эмбрионального развития следует объяснить, исходя из представлений о регуляции работы генов, подобных описанным в гл. XX для прокариотов. С одним примером такого дифференцированного выражения генов в развитии мы уже сталкивались в начале этой главы в случае тысячекратной репликации ДНК ядрышкового организатора в ооцитах амфибий. Следует отметить, что подобный способ регуляции, основанный на факультативной репликации отдельных генов с целью увеличить матричную емкость этих генов в транскрипции, не встречается у прокариотов (и поэтому мы его не обсуждали в гл. XX). [c.513]

В настоящее время ни одна из существующих теорий, объясняющих причины структурного разнообразия молекул антител, не может быть ни окончательно признана, ни отвергнута, и вполне возможно, что окончательное объяснение будет объединять в себе элементы гипотез мутаций, перетасовки и множественных генов. Более того, до сих пор не ясны детали процесса избирательной индукции размножения определенных клеток крови под влиянием антигена, по отношению к которому в организме существует спонтанно образующееся антитело. Тем не менее маловероятно, что нынешние общие представления о механизме иммунной реакции далеки от действительности. И каковы бы ни были процессы, ответственные за разнообразие антител и за селективное размножение клеток, синтезирующих такие антитела, которые соответствуют данному антигену, они, по всей вероятности, должны быть тесно связаны с другими случаями клеточной дифференцировки. [c.522]

В соответствующей клетке они сначала могут прийти в состояние детерминированности, а затем при появлении гормона может начаться их транскрипция. (В таком случае гены прокариот контролируются по механизму типа дифференцировки, так как их активация совпадает с началом транскрипции, а не приводит сначала к образованию компетентного состояния). [c.393]

Какие механизмы приводят к тому, что сестринские ядра, ведущие свое происхождение от одного и того же ядра зиготы, образуют при дальнейших делениях дочерние ядра, вступающие на разные пути развития Большая часть клеток животных-это соматические клетки, судьба которых-погибнуть, не внеся вклад в последующие поколения. Только зародышевые клетки, сегрегирующие в раннем эмбриогенезе, обладают тотипотентностью (способностью пройти все этапы развития и дать начало любому типу клеток). Приводит ли дифференцировка клеток, происходящая после выбора какого-либо специфического пути развития, к селективной элиминации генов, которые не будут иметь экспрессии, или в этом случае происходит их постоянная инактивация [c.248]

РНК, содержащаяся в ней, при инкубации ткани с комплементарным ДНК-зондом обеспечивает возможность гибридизации. Таким способом удалось наблюдать, как реализуется дифференциальная активность генов Drosophila (рис. 4-75). Этот подход позволил существенно продвинуться в изучении молекулярных механизмов дифференцировки различных клеток эмбриона. [c.243]

До сих пор обсуждались некоторые изменения типов клеток, происходящие по тип> переключения, т. е. в результате перестройки ДНК. Тот факт, что генетическая информация, содержащаяся в единственном ядре соматической клетки, может дать начало целому растению или позвоночному животному, свидетельствует о том, что вряд ли основным механизмом дифференцировки клеток высших эукариот являются необратимые изменения в последовательности ДНК (хотя именно такие изменения лежат в основе дифференцировки лимфоцитов). Возможно, некоторые наследуемые изменения в экспрессии генов, наблюдаемые у высших организмов, обусловлены механизмом переключения, аналогичным тому, который описан у Salmonella и дрожжей, однако в настоящее время нет данных, подтверждающих эту гипотезу. [c.204]

Необраттаое изменение генома или дифференциальная активность генов — альтернативные механизмы дифференцировки клеток [c.225]

Методы генетической инженерии успешно применяются для решения фундаментальных проблем. Решающее значение они имеют для исследования молекулярной структуры геномов и генов, а также молекулярных механизмов регулирования их экспрессии. Уже на начальных этапах их применения удалось достигнуть существенного прогресса при изу тении эукариотических opi a-низмов. Был установлен факт прерьшного строения генов, выявлены мобильные диспергированные гены, поняты основные механизмы переключения генов при дифференцировке клеток, определена структура многих регуляторных элементов на уровне ДНК, в отдельных случаях выяснены генетические причины злокачественного перерождения клеток и т.д. Генетическая инженерия способствовала становлению новых научных направлений, составляюпдах базу молекулярной медицины молекулярной вирусологии, молекулярной онкологии, молекулярной нейрофизиологии и т. д. [c.10]

Клонирование животных. Серьезные успехи, достигнутые в разработке методов манипулирования in vitro с ранними эмбрионами животных, позволили довести ряд экспериментов с уровня клеток до организма (большинство работ сделано на мышах). Конечно, наиболее впечатляющими являются достижения по получению трансгенных животных с использованием клонированных генов (см. гл. 13). Однако и результаты опытов по перекомбинации зародышевых клеток и замене ядер, позволившие получить клоны животных или животные химеры (см. стр. 149), дали многое для понимания механизмов дифференцировки клеток в процессе онтогенеза. [c.148]

В заключение надо отметить, что культуры клеток беспозвоночных представляют огромный интерес для изучения молекулярных механизмов взаимодействия хозяин—паразит [57, 58], роли мобильных генетических элементов в адаптации беспозвоночных к стрессовым условиям окружающей среды [59], регуляции действия генов в клетках высших организмов [27, 60, 61] и клеточных механизмов дифференцировки и трансдетерминации в процессе метаморфоза [38, 53], а также специфической генетической реакции (пуффинг) гигантских политенных хромосом слюнных желез Diptera, культивируемых в химически определенной среде, содержащей известные биологически активные соединения [46—48]. [c.247]

Ванюшин Б. Ф. Метилирование ДНК у эукариот — новый механизм регуляции экспрессии генов и клеточной дифференцировки//Усп. биол. химии. 1983. Т, 24. С, 170—193. [c.221]

С механизмом клеточной дифференцировки связан интересный вопрос сохраняется ли на уровне структуры хроматина память об активном или неактивном состоянии гена при клеточном делении и транскрипции При клеточном делении хроматин, видимо, сохраняет особенности своей структуры, например гиперчувстви-тельные участки в хроматине некоторых генов сохраняются в метафазных хромосомах в тех же местах, что и в интерфазном хроматине. Очевидно, это определяется тем, что регуляторные белки, связанные с промоторными участками генов, ассоциированы с ДНК и в составе метафазной хромосомы. Однако судьба регуляторных белков в процессе репликации ДНК неизвестна. [c.258]

В процессе развития при постоянной структуре ДНК последовательно изменяется состав РНК (состав оснований) и белков (электрофоретические свойства, ферментативная активность). Эта биохимическая дифференциация является не следствием, а причиной морфологической дифференцировки. Механизм активации и блокирования генов до конца не изучен. Ученые полагают, что по-видимому имеют место хромосомные регуляции при участии гистонов — ядерных белков и процессы индукции и репрессии согласно теории Жакоба — Моно. [c.391]

Одно из достоинств измерения с помощью основных химических мутагенов касается возможности продолжать данные измерения, полу хенные с помощью слабых мутагенов, за счет более сильных, что неизвестно в микрофизических измерениях. По отношению к последним нельзя получить сходную серию градаций эффективности измерений с помощью макроскопических инструментов. Другое достоинство заключается в применимости оригинального операторного механизма ко всем вариантам строения генного аппарата [2], атакуемого мутагенами. Обращая внимание на дифференцировку вводов в генетическое измерение, можно видеть источники появления самостоятельного операторного аппарата, которые можно объяснить из возможности упомянутой выше подстановки ряда все более сильных мутагенов. Растущая таким образом проекция химических инструментов измерения генного материала, которая с известного момента обрывается, делает немыслимым тождество генов и химического строения. [c.22]

В последнее время ситуация в корне изменилась. Благодаря новым методам генной инженерии для биохимического и генетического анализа стало доступным большое число белков-регуляторов эукариот Кроме того, у бактерий были выявлены белки-регуляторы, осушествляюшие свое действие на расстоянии. Данный раздел посвящен тому общему, что объединяет механизмы регуляции транскрипции генов у прокариот и у эукариот. Процессы, которые могут оказаться характерными только для эукариот, мы обсудим позднее в связи с проблемой дифференцировки клеток (см. разд. 10.3.8). [c.184]

Экспрессия генов группы gap и pair-rule носит временный характер, но она накладывает отпечаток на экспрессию генов полярности сегментов и гомеозисных селекторных генов экспрессия этих последних генов сохраняется, подвергаясь некоторым уточнениям в процессе дальнейшего развития и обеспечивает клетки позиционной информацией. Механизм клеточной памяти частично обеспечивается положительной обратной связью (предполагающей, что белковые продукты гомеозисных селекторных генов стимулируют транскрипцию собственных генов) и частично наследуемыми изменениями структуры хроматина. Необходимость некоторых форм запоминания позиционных значений можно продемонстрировать в экспериментах на клетках имагинальных дисков, из которых возникают наружные структуры тела взрослого организма, эти клетки сохраняют память о своих исходных назначениях в течение неопределенного числа клеточных делений. Такое поведение определяется постоянным присутствием гомеозисных селекторных генов в каждой отдельной клетке любого имагинального диска. Границы компартментов. которые, по всей вероятности, поддерживаются благодаря избирательному сшшшию отдельных клеток, делят клетки, характеризуемые различным состоянием дифференцировки, согласно экспрессии этих генов. [c.134]

Поскольку рак - результат серии случайных генетических событий, вряд ли найдутся хотя бы лве опухоли лаже одного вида, которые были бы генетически идентичны. Несмотря на это, можно ожидать, что при любой форме рака нарушаются нормальные ограничения пролиферации клеток, и для каждого типа клеток существует определенное число возможных способов реализации подобного нарушения. Более того, некоторые элементы механизма, регулирующего клеточное деление, но-видимому, одинаковы во многих или даже во всех тинах клеток, и одинаково уязвимы Фактически основной вклад в нарушение регуляции деления клеток при раке вносит относительно небольшое число генов. Идентификация и характеристика многих из них - одно из крупнейших достижений молекулярной биологии за последнее десятилетие Пролиферация клеток может регулироваться непосредственно - через механизм, заставляющий клетку начинать очередной цикл деления (см. разд. 13.3.2), или косвенно -например, через регуляцию встунления клетки на путь терминальной дифференцировки (см. разд 17.4.1). В обоих случаях нормальные регуляторные гены можно разделить на две катего- [c.465]

Щитовидная железа вырабатывает два иодами-нокислотных гормона—3,5,3 -трииодтиронин (Т3) и 3,5,3 5 -тетраиодтиронин (Т4, тироксин), которые давно известны благодаря их важной роли в регуляции общего метаболизма, развития и дифференцировки тканей. Эти гормоны (их структура представлена на рис. 46.1) регулируют экспрессию генов по механизму, сходному с таковым для стероидных гормонов. [c.186]

Действие инсулина распространяется на ферменты, остающиеся в клетках, на секретируемые ферменты и белки, на белки, принимающие участие в процессах размножения, и на структурные белки (табл. 51.4). Эти эффекты регистрируются во многих органах и тканях и у многих видов. Регуляция транскрипции специфических мРНК под действием инсулина в настоящее время не вызывает сомнений. Этот путь модуляции ферментативной активности по важности не уступает механизму фосфорилирования-дефосфорилирования. Именно влиянием инсулина на транскрипцию генов, вероятно, объясняется его роль в эмбриогенезе, дифференцировке, а также росте и делении клеток. [c.262]

В данной главе мы обсудим некоторые биохимические особенности опухолевых клеток. Главная цель обсуждения—сформулировать биохимические причины свойственного им неконтролируемого роста, способности к инвазии и метастазированию. В настоящее время полагают, что одной из причин злокачественного перерождения клеток служит изменение структуры и регуляции активности генов, контролирующих их рост, а также нарушение межклеточных взаимодействий. Некоторые виды опухолевых заболеваний (например, ряд лейкозов) являются результатом нарушения дифференцировки соответствующих клеток. Сведения о молекулярных механизмах этого процесса крайне ограничены. По мнению многих ведуцдих специалистов-онкологов, усилия исследователей должны быть сосредоточены на изучении онкогенов и ростовых факторов. Именно это дает возможность разобраться в природе нарушений контроля роста опухолевых клеток, дифференцировки, а также межклеточных взаимодействий. Настоящая глава посвящена обсуждению проблемы онкогенов и факторов роста. [c.352]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология