rly RNA sequences, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 78, 1371-1375.

ГИПЕРЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ УЧАСТКИ

ХРОМАТИНА ИММУНОГЛОБУЛИНОВЫЕ ГЕНЫ МЕТИЛИРОВАНИЕ ДНК МУТАГЕНЕЗ IN VITRO МЯРНК МЯРНП

НАСЛЕДСТВЕННАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

ЗАРОДЫШЕВЫХ ГЕМОГЛОБИНОВ (HPFH) ООЦИТЫ Xenopus

.^^^^^^Д

ПЕРЕСТРОЙКИ ДНК ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ TATA СОГЛАСОВАННАЯ РЕГУЛЯЦИЯ СПЛАЙСИНГ ГЯРНК-ТРАНСКРИПТОВ ТАЛАССЕМИЯ

ТИПЫ СПАРИВАНИЯ ДРОЖЖЕЙ-КАССЕТНАЯ МОДЕЛЬ

ЭКСПРЕССИОННЫЙ ЦЕНТР У ТРИПАНОСОМЫ ЭКСПРЕССИЯ ГЛОБИНОВЫХ ГЕНОВ

? ? ? - ? > ?"- - ,

16.1. ПЕРЕЧИСЛИТЕ ЭТАПЫ ЭКСПРЕССИИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО Р-ГЛОБИНОВОГО ГЕНА, НА КОТОРЫХ В СЛУЧАЕ ОПРЕДЕЛЕННЫХ МУТАЦИЙ МОЖЕТ НАБЛЮДАТЬСЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ НОРМАЛЬНОЙ ЭКСПРЕССИИ. ОПИШИТЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ФЕНОТИП КАЖДОЙ ИЗ ТАКИХ МУТАЦИЙ. (НЕ СЛЕДУЕТ РАССМАТРИВАТЬ МУТАЦИИ, ИМЕЮЩИЕ СЛИШКОМ ОБЩИЙ ХАРАКТЕР И СПОСОБНЫЕ ВЫЗВАТЬ ГИБЕЛЬ КЛЕТКИ.)

16.2. КАКОВЫ ОСНОВНЫЕ РАЗЛИЧИЯ В ОРГАНИЗАЦИИ ДНК ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ И ПРОКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТОК? КАК ЭТИ РАЗЛИЧИЯ ПРОЯВЛЯЮТСЯ В РЕГУЛЯЦИИ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ ДВУХ ТИПОВ КЛЕТОК?

16.3. КАКИЕ ИЗ ОБСУЖДАВШИХСЯ В ЭТОЙ ГЛАВЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРНЫХ МЕХАНИЗМОВ МОГУТ ВНОСИТЬ ВКЛАД В НАСЛЕДСТВЕННО ЗАКРЕПЛЕННЫЙ ПРОФИЛЬ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК В ХОДЕ РАЗВИТИЯ МНОГОКЛЕТОЧНОГО ОРГАНИЗМА?

16.4. МНОГИЕ НЕСЦЕПЛЕННЫЕ ГЕНЫ ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТОК, НАПРИМЕР ГЕНЫ А- И Р-ГЛОБИНОВЫХ КЛАСТЕРОВ, ПОДВЕРЖЕНЫ СОГЛАСОВАННОЙ РЕГУЛЯЦИИ. КАКИМ ОБРАЗОМ МОЖЕТ ДОСТИГАТЬСЯ СОГЛАСОВАННОСТЬ В РЕГУЛЯЦИИ ЭТИХ ГЕНОВ?

16.5. СПОСОБНОСТЬ К ВЫЖИВАНИЮ ПРИ

АНОМАЛЬНО ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ ГЕНЕТИЧЕСКИМ РЕГУЛЯТОРНЫМ, МЕХАНИЗМОМ, КОТОРЫЙ ВЫРАБОТАЛСЯ НА РАННИХ ЭТАПАХ РАЗВИТИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ.

ПРИВЕДИТЕ ДАННЫЕ, КОТОРЫЕ СОГЛАСУЮТСЯ С ЭТОЙ ГИПОТЕЗОЙ ИЛИ ПРОТИВОРЕЧАТ ЕЙ.

16.6. СОГЛАСНО ОДНОЙ ИЗ ГИПОТЕЗ, ПОЯВЛЕНИЕ ГИПЕРЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ В ХРОМАТИНЕ ОБУСЛОВЛЕНО ЛОКАЛЬНЫМИ СТРУКТУРНЫМИ ПЕРЕХОДАМИ ДНК ИЗ Z-В В-ФОРМУ (СМ. ГЛ. 4). ЧТО ДАЕТ ОСНОВАНИЯ ПОЛАГАТЬ, ЧТО ТАКОЙ ПЕРЕХОД НА УЧАСТКЕ СТРУКТУРЫ В ОБЛАСТИ РЕГУЛЯТОРНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИТЕЛЬНО МОЖЕТ ОБЛЕГЧАТЬ ИНИЦИАЦИЮ ТРАНСКРИПЦИИ В ПРОМОТОРНОЙ ОБЛАСТИ?

16.7. ИЗОБРАЖЕННАЯ НА РИС. 16.2 СХЕМА ПРОВЕДЕНИЯ МУТАГЕНЕЗА IN VITRO ПОЗВОЛЯЕТ ПОЛУЧАТЬ ПРОСТЫЕ ДЕЛЕЦИОННЫЕ МУТАНТЫ ПО КОНТРОЛИРУЮЩЕЙ ОБЛАСТИ ГЕНА tk (СТАДИИ 1 -3). В ЧЕМ ПРЕИМУЩЕСТВА МЕТОДА ЛИН-КЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ (СТАДИЯ 4) ПО СРАВНЕНИЮ С ПРОСТЫМ ДЕЛЕЦИОННЫМ МУТАГЕНЕЗОМ IN VITRO В ОБНАРУЖЕНИИ РЕГУЛЯТОРНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ КЛОНИРОВАННЫХ ГЕНОВ?

16.8. СХЕМАТИЧЕСКИ ИЗОБРАЗИТЕ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ СОБЫТИЙ, ПРИВОДЯЩИХ К ПЕРЕКЛЮЧЕНИЮ ТИПА СПАРИВАНИЯ

У ДРОЖЖЕЙ. ПРЕДЛОЖИТЕ МЕХАНИЗМ ТАКОГО

ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ, ОСНОВАННЫЙ НА МОДЕЛИ

«ДВУХЦЕПОЧЕЧНЫЙ РАЗРЫВ - РЕПАРАЦИЯ»,

РАССМАТРИВАЕМОЙ НА ПРИМЕРЕ ПРОЦЕССОВ

МЕЙОТИЧЕСКОЙ РЕКОМБИНАЦИИ (СМ. ГЛ. 14).

НЗ!Н20 {ХПУ—

^П-ПП 1 Ъ L С j—

Рис. 16.25.

16.9. Предложите эксперименты, основанные на применении рекомбинантных ДНК и рестрикционного анализа, которые позволят выявить различия между тремя моделями, показанными на рис. 16.25. (Для упрощения на схемах показаны только гены V и С.)

Генетический анализ развития

Высшие эукариоты-это многоклеточные организмы, у которых различные группы клеток приспособлены для выполнения разных функций. Развитие организма начинается с зиготы, содержащей одно диплоидное ядро. Затем зигота делится митотически, образуя множество клеток малого размера, содержащих дочерние ядра. Клетки, возникающие в результате этих ранних делений дробления, в ходе дальнейшего развития зародыша дают начало различным специализированным типам клеток, в каждом из которых происходит экспрессия определенного набора генов.

Дифференциальная экспрессия генов

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?

В экспериментах нескольких типов получены данные, свидетельствующие о том, что процессы развития не обязательно приводят к необратимым изменениям клеточного ядра. Эти эксперименты показывают, что в соматических клетках в процессе развития происходит дифференциальная экспрессия генов.

Одно из наиболее прямых доказательств этого факта-демонстрация тотипотентности путем трансплантации ядра из дифференцированной соматической клетки в зиготу, лишенную ядра. Используя африканскую шпорцевую лягушку Xenopus laevis, Джон Гердон получил таким образом взрослых особей. Путем облучения большими дозами ультрафиолета из неоплодотворенных яиц функционально удаляется ядро; затем в каждое из яиц вводится дифференцированное ядро из клетки головастика; таким образом инициируется развитие. В ряде случаев яйца, в которые были введены ядра, развиваются во взрослых особей (рис. 17.1). Для доказательства того, что в развитии участвовало именно трансплантированное ядро, а не собственное ядро яйцеклетки, не погибшее при УФ-облучении, применяли генетическое маркирование. Для выделения яйцеклеток использовали линию, для которой было характерно наличие в ядре двух ядрышек-по одному на каждый ядрышковый организатор двух гомологичных хромосом. Ядро соматической клетки было получено от особи, гетерозиготной по делеций ядрышкового организатора и имеющей поэтому в ядре только одно ядрышко. Все ядра в клетках особи, полученной в результате трансплантации ядра, имели только одно ядрышко. Таким образом, в этих случаях вся информация, необходимая для нормального развития, присутствует в ядре дифференцированной клетки и может быть вновь активирована и использована для повторения процесса развития.

Различными способами было показано, что контроль первоначальных этапов дифференцировки делящихся ядер определяется внея-дерными компонентами яйцеклетки, возникающими в процессе оогене-за. По крайней мере один из этих компонентов-детерминанты будущих зародышевых клеток-были идентифицированы и локализованы в яйцеклетке; показано, что они поступают только в клетки будущей зародышевой линии.

Детерминация клеток зародышевой линии у дрозофилы контролируется факторами, присутствующими в ооплазме задней части яйца. Зародышевые клетки происходят от полярных клеток (рис. 17.2), которые образуются перед формированием клеточной бластодермы (что обсуждается ниже), когда некоторые из ранних ядер дробления мигрируют в заднюю часть яйцеклетки. Существование детерминантов полярных клеток было показано путем инъекции ооплазмы задней части яйцеклетки в передний конец других яйцеклеток, где в это время формировались полярные клетки. При этом возникал эмбрион, имеющий полярные клетки как в заднем, так и в переднем конце. Функциональность этих дополнительных полярных клеток демонстрируется путем их трансплантации в третий эмбрион, находящийся на стадии пребласт-дермы, где они объединяются с полярными клетками этого эмбриона (рис. 17.2). Во время гаструляции, когда начинается упорядоченное движение клеток, полярные клетки мигрируют внутрь эмбриона и объединяются с соматическими клетками гонады; их потомки участвуют в образовании гамет взрослого насекомого. Контрольные эксперименты показывают, что ооплазма, взятая не из задней, а из других частей яйГоловастик (линия с одним ядрышком)

ШЭпителиальные клетки кишечника

Ядро удаляется при помощи микропипетки

В некоторых случаях развивается взрослая половозрелая лягушка

Рис. 17.1. Методика, применяемая для демонстрации тотипотентности ядра дифференцированной клетки. (По Gurdon J.B., 1968. Scientific American, December, p. 24.)

цеклетки, при трансплантации не приводит к образованию полярных клеток. В сходных экспериментах по трансплантации показано, что детерминанты зародышевых клеток появляются в яйцеклетке во время поздних стадий оогенеза, перед окончательным формированием зрелой яйцеклетки.

юлярные клетки

Рис. 17.2. А. Полярные клетки в заднем конце эмбриона дрозофилы образуются до формирования клеточной бластодермы. По крайней мере некоторые полярные клетки затем мигрируют в соматические гонады, где образуются примордиальные зародышевые клетки. (По Gehring W., 1973. In: Genetic Mechanisms of Development, ed. by F. H. Ruddle, Academic Press, New York, p. 107.) Б. Присутствие детерминантов полярных клеток в задней части яиц Drosophila melanogaster можно доказать путем трансплантации этой ооплазмы в те части других яиц, где полярные клетки обычно не образуются. Показанный на рисунке донор цитоплазмы взят из линии, в которой как Х-, так и У-хромосомы маркированы доминантными мутациями Ваг (Вий) для того, чтобы выявить возможный перенос донорского ядра вместе с полярной цитоплазмой донора. Яйца-реципиенты взяты из линии, гомозиготной по мутациям третьей

хромосомы multiple wing hair (mwh) (множественные щетинки на крыльях) и ebony (черный цвет тела) (еу). Трансплантированная полярная плазма индуцирует образование полярных клеток в месте инъекции в яйцо-реципиент. Функциональная природа индуцированных полярных клеток выявляется путем их трансплантации в задний конец эмбриона, чья Х-хромосома маркирована рецессивными мутациями yellow (У) (желтый цвет тела), singed (sn3) (опаленные щетинки) и maroonlike (mat) (коричневый цвет глаз), где они участвуют в формировании зародышевых клеток. Часть (но не все) гамет, образуемых взрослыми мухами, развивающимися из таких эмбрионов^ несет маркеры mwhe*, а не маркеры ysn3mal. Следовательно, индуцированные полярные клетки, генотип которых соответствует генотипу яйца-реципиента, являются инстинными полярными клетками. (По Illmensee К., 1976. In: Insect Development, ed. by P. Lawrence, Blackwell, London, p. 86.)

Клеточная детерминация

Детерминация соматичес