Генетика развития: как зародышевые клетки отсекают пуповину от своих родителей

 

Чтобы первая клетка развилась в целостный организм, гены, молекулы РНК и белки должны работать вместе сложным образом. Поначалу этот процесс косвенно контролируется матерью. В определенный момент времени белок GRIF-1 гарантирует, что потомство отключится от этого влияния и начнет свой собственный курс развития. Исследовательская группа из Университета Мартина Лютера Галле-Виттенберг (MLU) подробно описывает, как работает этот процесс, в журнале Science Advances.

Когда начинает развиваться новый организм, мать отдает приказы. Во время оплодотворения яйцеклетка и сперматозоид сливаются, образуя единую новую клетку. Однако ход клеточного деления и, следовательно, то, как формируется новое живое существо, изначально определяется материнской клеткой.

 

"Независимо от организма, деление клеток изначально запрограммировано матерью", - объясняет профессор-генетик Кристиан Экманн из MLU. Материнская клетка обеспечивает стартовый набор для развития, который включает в себя первые белки, а также молекулы РНК, которые служат чертежами для дальнейших белков. Все это необходимо для того, чтобы ускорить деление клеток и развитие организма.

В течение этого начального периода клетки не имеют доступа к своему собственному генетическому материалу, что ограничивает их собственное развитие. "Как бы ни был важен этот материнский вклад для нового организма, в определенный момент эти компоненты должны быть удалены. Только тогда он сможет полностью использовать свой собственный генетический материал и следовать своему собственному курсу развития", - говорит Экманн.

Этот процесс начинается гораздо позже в половых клетках, предшественниках гамет, чем в соматических клетках, которые развиваются во все остальные клетки организма. "У клеток есть много вариантов для уничтожения вещей. Долголетие нужно заслужить", - говорит Экманн. В предшественниках зародышевых клеток так называемые поли-А-полимеразы обеспечивают короткоживущим молекулам РНК матери своего рода защитный колпачок, обеспечивающий их более долгую жизнь.

В экспериментах с модельным организмом C. elegans команда Экмана обнаружила, как процесс перерезания пуповины работает на молекулярном уровне в половых клетках. На определенном этапе клетки начинают вырабатывать белок GRIF-1. Инструкции для этого процесса исходят от материнской РНК. Как только белок построен, он начинает искать материнские поли-А-полимеразы, связывается с ними и прикрепляет к ним своего рода маркер. "Это похоже на флаг, который GRIF-1 использует, чтобы отметить, какие материнские белки должны быть разрушены", - говорит Экманн.

Это запускает цепную реакцию: как только поли-А-полимеразы разрушаются, они больше не могут прикреплять новые защитные колпачки к молекулам материнской РНК, которые защищали бы их от деградации, и, таким образом, новые материнские белки не могут быть построены. "В конечном счете, все молекулы материнской РНК и белки элиминируются. Зародышевая клетка получает полный доступ к своему генетическому материалу и может продолжать развиваться самостоятельно", - заключает Экманн. Остается неясным, откуда клетка знает, что она должна производить GRIF-1 и что она должна активировать свой собственный генетический материал.

Кстати, этот длительный процесс материнского контроля существует не просто так: генетический материал в половых клетках передается потомству через сперматозоид или яйцеклетку. Следовательно, он должен быть сохранен настолько полно и безошибочно, насколько это возможно. Исследователи Экманна искусственно предотвратили этот процесс деградации в лаборатории у C. elegans. "Нарушение этого процесса вызывает множество проблем. Зародышевая линия не может развиваться устойчиво, и потомство червей с каждым поколением становится все более бесплодным", - говорит Экманн.

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (06.12.2022)
Просмотров: 43 | Рейтинг: 0.0/0