Гени та розвиток організму

У книзі у популярній формі розповідається про проблему розвитку тварин та про те, як гени керують цим процесом. Декілька розділів присвячено утворенню імунного захисту організму, формуванню клітин крові, методам гібридизації цілих організмів та гібридизації клітин. Обговорюються останні дані про будову та функціонування генетичного апарату в клітині та в організмі, що розвивається. Велика увага приділяється таким напрямам, як початок та перемикання роботи генів, зміна геному у розвитку.

Для біологів, генетиків, лікарів фізиків, хіміків.

Гени та розвиток організму

2. Дія стероїдних гормонів

Стероїдні гормони є відносно простими органічними сполуками з невеликою молекулярною вагою. Про механізм їхньої дії відомо зараз більше, ніж про дію інших гормонів. Скелет стероїдних гормонів утворений чотирма вуглеводневими кільцями, і вся різноманітність досягається за рахунок бічних груп — метальних, гідроксильних та ін. Хоча зараз відомі десятки стероїдних гормонів та їх активних аналогів, загальна кількість цих сполук, які в принципі можуть існувати, не перевищує двохсот. Тим не менш, у це число у хребетних входять гормони з абсолютно різною дією - чоловічі статеві гормони (андростерони), жіночі статеві гормони (естрогени), а також нестатеві стероїдні гормони надниркових залоз - кортикостероїди.

Статеві стероїдні гормони у хребетних синтезуються в статевих залозах, та їх синтез стимулюється гонадотропними гормонами гіпофіза. У личинок комах стероїдний гормон линяння – екдизон (екдистерон) синтезується параторакальними залозами.

Хорошою моделлю дії жіночих статевих стероїдних гормонів (наприклад, естрадіолу) служить синтезжовткового білка ооцитів - вітелогеніну в печінці курей або овальбуміну в яйцеводі курчат. Для дослідження початку синтезу вітелегеніну часто використовують півнів або самців жаб. У них у нормі немає естрогенів, вітелогенін не синтезується і кодуючий його ген, очевидно, повністю не активний. Але при введенні естрадіолу синтез цього білка починається і в печінці самців. Крім генів вітелогеніну, активується також транскрипція рибосомних РНК та утворення нових рибосом, тоді як активність інших генів зменшується. На нових мРНК і нових рибосом інтенсивно синтезується вителлогенін і відбувається його швидкий вихід у кров'яне русло. Однак оскільки ооцитів у самців немає, цей білок тривалий час залишається в плазмі крові.

Введення естрадіолу молодим курочкам і навіть курчатам стимулює диференціювання клітин у їхніх яйцеводах. Частина клітин епітелію яйцеводу під впливом естрадіолу диференціюється у залізисті клітини, у яких активуються гени овальбуміну. За кілька днів починається синтез самого овальбуміну.

У слинних залозах личинок дрозофіли або комара хірономуса (його личинки – це мотиль, живий корм для акваріумних риб). Політені хромосоми значно довші і товщі за звичайні, і активні гени у них виглядають як потовщення хромосоми. Вони називаються пуфи. Вже через 5—10 хв після введення личинок екдизону можна побачити появу кількох нових пуфів (один — у хірономуса, два — у дрозофіли). Але лише через кілька годин у них виникає ще кілька десятків нових пуфів, поява яких характерна для личинки, що вступила до метаморфозу. Можна припускати, що перші пуфи є результатом прямої дії екдізону. Нещодавно під час введеннярадіоактивного екдизону було показано, що він концентрується в перших пуфах, що активуються. Пізніше включення інших генів не вимагає прямого впливу екдизону і, мабуть, регулюється тими генами, які активуються екдизоном у перші хвилини. Механізм впливу «гена на ген» час практично невідомий, хоча такі впливи добре вкладаються в багато схем генної регуляції. Інгібітори синтезу РНК пригнічують включення другої черги нових пуфів, але не перешкоджають появі перших пуфів.

Механізми дії стероїдних гормонів зараз добре вивчені. Ці гормони проникають у клітини. У цитоплазмі клітин-мішеней знаходиться специфічний білок-рецептор, який «пізнає» той гормон, до якого клітина компетентна, зв'язується з ним та утворює гормон-рецепторний комплекс. Такі комплекси мігрують у ядро і зв'язуються, як припускають, з тими ділянками хромосом, де є гени, які активує гормон в цих клітинах. Один і той же стероїдний гормон у різних видах клітин активує різні гени, наприклад, естрадіол активує в печінці гени вителлогеніна, а в яйцеводі — гени овальбуміну. Отже, ці клітини мають відрізнятися або своїми рецепторами, або станом хромосом. Нині переважає думка, що рецептори у різних видах клітин однакові. Якщо це, то різними є хромосоми. Передбачається, що в ядрах клітин-мішеней на відповідних генах знаходяться особливі білки - акцептори, з якими може зв'язуватися гормон-рецепторний комплекс і якимсь (поки що неясним) чином активувати цей ген.

Таким чином, компетентність клітини до стероїдного гормону (її властивості як клітини-мішені) визначається двома обставинами: наявністю в цитоплазмі рецепторного білка, здатного «пізнати» свій гормон, та наявністю на певнихгенах акцепторних білків, здатних «пізнати» гормон-рецепторний комплекс Якщо ця схема правильна, наявність рецепторів робить клітину «мішенню», а положення на хромосомі акцепторних білків визначає специфічність реакції на гормон у даного виду клітин.