vitro и обратпо, отбирают клоны, которые хорошо растут в чашке Петри и в то же время сохраняют in vitro и in vivo свойства клеток надпочечников. После добавления в культуральную среду очищенного адренокортикотр'опного гормона гипофиза (АКТГ) эти клетки активно сиптезируют характерные для надпочечников кортикостероиды.

Таким же способом удалось выделить клопы клеток опухоли гипофиза мыши, способные синтезировать АКТГ, клоны клеток опухоли гипофиза крысы и человека, сиптезирующие гормон роста,

ж

Шшшшш

ЩШШШт

шШшШШж ШЩшШШж

6s,^ellHlilllp^

ШШШШТ

шШшш

Рис. 13-8. Сестринские клоны хондрогенных клеток.

А. Рост в кондиционированной среде, способствующей синтезу полисахаридного матрикса.' В. Рост в некондиционированной среде. (Матрикс окрашивали толуидиновым синим и фотографировали, в фазово-контрастном микроскопе.)

клоны клеток опухоли молочной железы, синтезирующие белки молока, клоны клеток меланомы (рак кожи), синтезирующие, как и пормальные меланоцитьг, пигмент и клоны клеток ген атомы (опухоль печени), выполняющие некоторые функции нормальной печени.

Имеет ли сохранение способности к дифференцировке генетическую основу? Не обязательно. Каким образом можно объяснить наследование способности к дифференцировке в данном направлении у многих поколений делящихся стволовых клеток? Сразу же возникает предположение, что произошло изменение генетического материала, другими,словами, что ДНК во всех клетках данного клона модифицирована одинаковым образом. Но это не единственное объяснение. Позвольте привести яркий и убедительный пример, когда изменение, наследуемое Е. coli на протяжении сотеп поколений, не имеет ничего общего с генетической модификацией. Это так называемый феномен поддержания (рис. 13-9).

1-й пассаж

11

Все последующие пассажи

Рис. 13-9. Феномен поддержания.

Клетки Е. coli выращивают в среде, содержащей глицерин; в этих условиях у бактерий отсутствует фермент р-галактозидаза. Затем готовят две среды, также содержащие глицерин в качестве источника углерода и энергии и идентичные во всех отношениях, кроме того, что в одной концентрация метилтио-р-галактозида (ТМГ) равна 10~3 М, а в другой — Ю-6 М. Как отмечалось в гл. 4, ТМГ — прекрасный индуктор фермента р-галактозидазы. В каждую из сред переносят одинаковое число клеток Е. coli. Клетки растут одинаково хорошо в обеих средах (ТМГ не используется и не влияет на скорость роста). В конце лаг-фазы в клетках культуры А (с Ю-"3 М ТМГ) уровень р-галактозидазы максимальный, а в клетках культуры Б (с 10~6 М ТМГ) фермент практически Отсутствует. После этого обе культуры пересевают в абсолютно идентичную среду, содержащую глицерин и очень низкую концентрацию ТМГ — Ю-6 М. После одного пересева в клетках культуры А сохраняется максимальный уровень р-галактозидазы, а в клетках культуры Б он по-прежнему отсутствует. Это различие сохраняется в 1600 поколениях клеток. В связи с этими данными возникают два вопроса: 1)- почему ТМГ в концентрации 10~6 М не может индуцировать синтез р-галактозидазы, а в концентрации 10_3 М — может и 2) почему после того, как в клетках однажды был индуцирован синтез р-галактозидазы, сотни поколений их потомков продолжают синтезировать этот фермент в среде, содержащей ТМГ в концентрации 10~6 М?

Для того чтобы ответить на оба поставленных вопроса, необходимо рассмотреть другой фермент — пермеазу, которая способствует проникновению в клетку лактозы и родственных соединений, в том числе ТМГ. Из гл. 4 вы знаете, что пермеаза — это белок, синтез которого индуцируется вместе с синтезом р-галактозидазы. В неиндуцированные клетки, не содержащие нермеазы, ТМГ проникает через мембраны только благодаря диффузии. А это означает, что он поступает в клетку медленпо, причем может как проникать в клетку, так и выходить из пее, поэтому концентрация его в клетке никогда не становится выше, чем в культуральной среде. В ипдуцированной клетке, содержащей максимальный уровень пермеазы, проникновение ТМГ в клетку значительно усиливается. В такие клетки ТМГ входит очень быстро, а выходит из них медленно, только путем диффузии. В результате концентрация ТМГ в клетке становится значительно выше, чем снаружи.

Как отмечалось в гл. 4, ТМГ, соединяясь с репрессором лактозного оперона и инактивируя его, позволяет генам этого оперона транскрибироваться, в результате чего синтезируются р-галактозидаза и пермеаза. Для того чтобы ТМГ соединился с репрессором, он должен присутствовать в клетке в достаточно высокой концентрации, иначе опи просто не встретятся. Если в среде копцептрация ТМГ 10_6 М, то неиндуцированные клетки не могут накопить его в количестве, достаточном для инактивации репрессора. При концентрации ТМГ в среде 10_3 М он накапливается в клетках, и в результате опи синтезируют р-галактозидазу и иермеазу. Если такие клетки перенести в среду, содержащую ТМГ в концентрации 10~6 М, то благодаря пермеазе они продолжают накапливать достаточно много ТМГ, а это в свою очередь индуцирует синтез нер-меазы (и fj-галактозидазы) даже на протяжении 1600 поколений. Так, фенотипическое изменение, вызванное происшедшим однажды изменением метаболизма, передается из поколения в поколение, хотя оно и не связано со стабильным необратимым изменением генетического аппарата.

Положительная и отрицательная обратная связь как возможный механизм всех индукционных влияний в развитии. Рассуждения без фактов. Выше был приведен пример из класса явлений, которые называют положительной обратной связью. Какое-либо событие запускает образование вещества. Однажды появившись, это вещество само обеспечивает свое дальнейшее производство. Противоположное явление — отрицательная обратная связь — было описано в гл. 4. В этом случае под воздействием фермента из субстрата образуется какое-то вещество. Если оно накапливается, то активпость фермента подавляется и таким образом предотвращается дальпейшеё образование вещества. Дифференцировка в. том или ином направлении, видимо, часто определяется относительно тривиальными событиями. Так, клетка, находящаяся на поверхности многоклеточной массы, получает больше Ог и меньше СО$, а клетка, находящаяся внутри,— наоборот. В одном участке рН может быть высоким, а в другом — низким. В одном месте могут сложиться условия, способствующие накоплению какого-то метаболита, а в другом он. будет исчезать.-Можно легко представить себе, что такие локальные различия на основе положительной обратной связи приводят к реализации определенной программы дифферепцировки. В то же время отрицательная обратная связь исключает возможность выполнения других программ. Механизм обратной связи должен гарантировать, что «решение» о направлении дифференцировки передается и дочерним клеткам.

Это, конечно, только одпа из многих гипотез, которые могут быть предложепы для объяснения сохранения делящимися клетками способности к.дифференцировке. Какая бы гипотеза, выдержав экспериментальную проверку, ни оказалась справедливой, я уверен, что решающие опыты будут нроведепы в системе in vitro. Только работая с системой in vitro, можно надеяться взять под контроль все факторы, влияющие на клетку, чтобы провести достаточно строгую проверку их действия.

Амплификация генов -— яркий пример модификации ДНК

Ядрышко — органелла, которая имеется в ядрах практически всех клеток эукариот, даже самых примитивных. Это — место синтеза "рибосомиой РНК и сборки рибосом. Ядрышко представляет собой небольшое тельце, внутри которого происходит сборка субъединиц рибосом. Когда клетки не образуют рибосом, ядрышки исчезают; с возобновлением их образования ядрышки опять появляются. Каждое ядрышко формируется в определенном участке определенной хромосомы (этот участок называется ядрышковым организатором). Обычно на гаплоидный набор хромосом приходится одно ядрышко. Таким образом, в ядрах динлоидпых клеток эукариот в норме содержится два ядрышка.

Половые клетки самок Xenopus laeuis, достигнув стадии ооцита, вступают в профазу мейоза, который завершается только после оплодотворения. Таким образом, ядро ооцита содержит четыре гаплоидных набора хромосом, и можно было бы ожидать, что в нем будет только четыре ядрышка. На самом деле в достигшем дефинитивного размера ооците их почти тысяча. Они не прикреплены к хромосомам, а копцептрируются у ядерной оболочки.

Небольшая диплоидная половая клетка, из которой в ходе ооге-неза образуется зрелое яйцо, первоначально содержит, как и обычная диплоидная, два ядрышка. Сверхчисленные ядрышки образуются в период повышенной синтетической активности, в течение которого половая клетка превращается в огромное но сравнению с ней яйцо, имеющее одно ядро (хотя и тетраплоидное) и тысячекратный избыток цитоплазмы, содержащей почти все компоненты будущих дробящихся клеток.

Каждое из сверхчисленных ядрышек, по-видимбму, содержит небольшую кольцевую молекулу ДНК. Эта экстрахромосомпая ДНК синтезируется в развивающемся .ооците. На препаратах, окрашенных по Фельгену, она имеет вид небольших гранул, которые постепенно накапливаются вокруг исходных ядрышек. Их становится так много, что они образуют компактную массу, в которой ДНК столько же, сколько в ядре, а иногда и в 2 раза больше. В конце концов 600—1000 индивидуальных гранул образуют многочисленные ядрышки (рис. 13-10).

Какова природа экстракопий ДНК? В ней содержатся гены, с которых транскрибируются два вида рибосомной РНК — 18 и 28S. Две группы фактов подтверждают это: 1) последовательность оснований этой ДНК и 2) ее способность распознавать рибосомные РНК и гибридизоваться с ними.

1. Пуклеотидный состав экстракопий ДНК. ДНК Xenopus lae-vis в целом содержит 41 % (Г + Ц)-пар и 59% (А+ Т)-пар оснований. В то же время 188-рибосомная РНК содержит 57% (Г+Ц)-основапий, а 288-рибосомная РНК — 65% тех же оснований. Ясно, что гены для рибо-сомпой РНК должны также содержать 57 и 65% (Г + Ц)-иар. Это обеспечивается механизмом транскрипции. Напомним его.

Если РНК-полимераза встречает — ГЦ — в ДНК, она вставляет Ц в РНК.

Если РНК-полимераза встречает — ЦГ — в ДНК, то вставляет Г в РНК.

Поэтому, есл