и в транскрибируемой РНК имеется 57% оснований Г или Ц, в матричной ДНК 57% нуклеотидных пар должны быть либо Г + Ц, либо Ц + Г. Таким образом, если гены рибосомной РНК сцеплены в одну группу (а это так и есть), то в этой группе должно быть приблизительно 62% (Г + Ц)~пар (а не 41%, как в ДНК Xenopus laevis в целом).

Как отмечалось в гл. 2, плотность молекулы ДНК зависит от состава нуклеотидов. Это связано с тем, что пары оснований Г + Ц более плотные (занимают меньше пространства на единицу массы), чем пары оснований А + Т. Плавучая плотность ДНК, содержащей в среднем 41% Г + Ц-основапий, составляет 1,699, а ДНК с 62%-1,724. На рис. 13-11 показано распределение плотности ядерной ДНК обычной диплоидной соматической клетки и зрелого яйца Xenopus. Эти данные были по-лучепы с помощью ультрацентрифугирования проб очищенной ДНК в условиях, в которых положение ДНК в центрифужной пробирке точно отражало ее плавучую плотность. Можно виА. Очень ранняя стадия развития ооци-та. Стрелка" указывает на ядрышко. Б. Избыток ДНК начинает накапливаться в виде грану.ч вокруг ядрышка. В. Общее содержание ДНК в ядре возросло в три раза и избыток ядрышковой ДНК имео.т вид плотной массы; обычно эта ДИК включается в сотни ядрышек.

Пробирка после центрифугирования

1,729 1,699

Плотность (г/ли)

72% 41%

Рис. 13-11. Ядерная ДНК из соматических клеток и зрелых яиц.

.1 — яйцеклетки, 2 — обычные диплоидные клетки. Цифры внизу соответствуют содержанию пар Г+Ц.

ядрышек. Итак, становится ясно, что эта ДНК состоит из генов рибосомной РНК и небольшого участка ДНК, в котором процентное содержание (Г + Ц)-пар даже выше, чем в рибосомной РНК (функция его еще неизвестна).

2. Молекулярная гибридизация. Рассмотрим следующее доказательство (рис. 13-12). Молекула ДНК состоит из двух цепей, которые удерживаются друг около друга слабыми связями, возникающими между парами оснований. Эти связи могут быть разрушены и две цепи разделены, если молекулы ДНК нагреть в растворе, а затем сильно встряхивать. При медленном охлаждении раствора цепи в конце концов соединяются с комплементарными и ДНК ренатурирует. Теперь предположим, что мы смешали молекулы двухценочечпой ДИК с молекулами РНК, которые с них транскрибировались. Напомним, что последовательность оснований этих РНК идентична последовательности одной из цепей матричной ДНК и комплементарна другой. Если нагреть смесь,

деть, что плотность основной массы ДНК диплоидных клеток колеблется около значения 1,699. Количество рибосомной ДНК в соматических клетках было так мало, что ее невозможно было обнаружить простым количественным измерением. Однако в зрелых яйцах был обнаружен большой ник экстра — ДНК с плотностью 1,724. Показано, что вся она происходит из сверхчисленных

Двухцепочечную ДНК нагревают

Смешивают с РНК, последовательность оснований которой комплементарна одной из цепей ДНК, и медленно охлаждают

Может образоваться гибридная молекула. Смесь обрабатывают ферментом, разрушающим только ооноцепо-чечную ДНК .

Рис. 13-12. Схема опытов по молекулярной гибридизации ДНК.

а затем медленно охладить ее, должны образоваться гибриды ДНК—РНК К Для обнаружения гибридов иснользуют радиоактивную РНК; смесь после охлаждения обрабатывают ферментом, который разрушает только РНК, но не действует на гибридов. Один такой фермент содержится в поджелудочной железе. В смеси, таким образом, сохраняется только гибридпая РНК.

Опыты по гибридизации экстракопий ДНК показали, что примерно половина ее состоит из генов рибосомной РНК, то есть участки одной из цепей ДНК способны гибридизоваться с 18S-и 288-рибосомной РНК и, следовательно, им комплементарны.

О чем говорят все эти факты? Они свидетельствуют о том, что на определенной стадии оогенеза очень небольшой участок ДНК Xenopus laeuis (возможно, весь ядрышковый организатор), содержащий гены рибосомной РНК, избирательно реплицируется много, много раз, в результате чего зрелое яйцо содержит около тысячи коний. Эти копии в виде небольших кольцевых молекул ДНК входят в сверхчислепные ядрышки, каждое из которых является местом активного синтеза рибосомной РНК и сборки рибо-сомных субъединиц. Это явление, называемое амплификацией генов, обнаружено не только в ооцитах X. laevis, но и у многих других видов.

Почему это происходит? Следует напомнить, что единственное ядро развивающегося ооцита должпо, во-первых, обеспечить синтез миллионов молекул рРНК, а во-вторых, заготовить рибосомы в таком количестве, чтобы в зародыше в течение всего периода дробления могли синтезироваться белки, необходимые для создания тысяч клеток и ядер (на стадиях дробления рибосомы не образуются, во время гаструляции синтез рРНК возобновляется). Таким образом, ядро ооцита, выборочно реплицируя ДНК, продуцирует многочисленные копии генов рРНК. Почему именно этих генов? Видимо, потому, что другие гены, особенно присутствующие в единственном числе, способны обеспечивать синтез нужного количества продуктов их транскрипции. Вспомним, что одна молекула мРНК может использоваться для синтеза сотен белковых молекул, в то время как одна молекула рРНК служит для построения единственной субъединицы рибосомы.

Какова судьба сверхчисленных ядрышек? В процессе созревания ооцита, когда ядерная оболочка растворяется, они попадают в цитоплазму и исчезают.

1 Можно подобрать такую низкую концентрацию ДНК в смеси, что цепи не смогут гибридизоваться друг с другом и ДНК не будет репатуриро-вать.

В связи с этими данными встают новые вопросы. Какова молекулярная основа амплификации генов? Как ДНК-полимераза распознает район ядрышкового организатора и избирательно его

реплицирует? Как опа узпает, когда пужно остановиться? Только ли гены рРНК амплифицируются? Что представляет собой не-идентифицированная часть внехромосомной ДНК? Как ведут себя гены рибосомных белков? Амплифицируются ли они тоже? Происходит ли амплификация генов еще где-нибудь, например в клетках, производящих аптитела?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Gurdon J., Advances in Morphogenesis, 4, 1 (1964).

Gurdon J., Woodland 11. R., Biology Reviews, 43, 233 (1968).

Harris 11., Cell Fusion, Cambridge Harvard University Press, 1970.

Vasil V., Hildebrandl A. C, Science, 150, 889 (1965).

Steward F. C.t Growth and Organization in Plants, New York, Addison-Wesley, 1967.

Mintz В., Proceedings National Academy of Sciences, 58, 348 (1967). Gandini E„ Gartler S. M., Angioni G., Argiolas N., Dell' Acqaa D., Proceedings

National Academy of Sciencies, 61, 945 (1968). Hadorn E., in: Major Problems in Developmental Biology, M. Locke, ed., New

York, Academic Press, 1966. Konigsberg /. R., Science, 140, 1273 (1963).

Haushka S. D., Konigsberg 1. R., Proceedings National Academy of Sciences, 55, 119 (1966).

Coon 11. G., Proceedings National Academy of Sciences, 55, 66 (1966). Buonassisi V., Sato G. H., Cohen A. 1., Proceedings National Academy of Sciences, 48, 1184 (1962).

Sato G. II., Yasamura Y., Trans, N. Y. Academy of Sciences, 28, 1063 (1966). Yasamura Y., Tashjian A. H., Jr., Sato G. H., Science, 154, 1186 (1966). Novick A., Wiener R., Proceedings National Academy oi Sciences, 43, 553 (1957).

Brown D. D., Dawid I. В., Science, 160, 272 (1968).

Gall J., Proceedings National Academy of Science, 60, 553 (1968).

Глава 14

НАСЛЕДОВАНИЕ СПОСОБНОСТИ К ДИФФЕРЕНЦИРОВКЕ. II. РАК

Доброкачественные и злокачественные опухоли как продукты дифференцировки клеток

Опухолевая клетка — дифференцированная клетка. Есть много тинов опухолей: опухоли мозга, кожи, почек, щитовидной железы, надпочечников и многих других тканей и органов. Клетки разпых опухолей по морфологическим и биохимическим признакам отличаются друг от друга и от нормальных клеток тканей или органов, из которых они произошли. Опухоли могут быть компактными или. состоять из клеток, разбросанных по всему организму. Примерами последних могут быть асцитные опухоли, заполняющие грудную полость, и лейкомы, поражающие белые кровяные клетки. Как показано в гл. 13, опухолевые клетки могут выполнять, по крайней мере, некоторые специфические функции нормальных клеток ткани или органа. Они могут находиться в пределах одного органа или ткани или поражать многие органы. Этим свойством обладают, метастатические формы рака. Все эти свойства стабильно наследуются. Например, клетки опухоли мыши можно пассировать от животного к животному в лаборатории; при этом опухоль после каждого пассажа сохраняет все особенности роста, иивазивности и дифференцировки.

Тератомы — «дикие» зародыши. Тератомы — это доброкачественные или злокачественные опухоли, которые состоят из хаотической смеси клеток, напоминающей различные нормальные ткани взрослого организма. Так, тератома может быть шарообразным скоплением клеток, покрытым волосами, внутри которого самым невероятным образом перемешаны зубы, почечпые канальцы, мышечная ткань, хрящ и нейроны. До недавнего времени думали, что тератомы развиваются из половых клеток, превратившихся в раковые. Так считали по двум причинам. Во-первых, чаще всего тератомы образуются в семеннике или яичнике (ипвазивпые злокачественные тератомы, так называемые тератокарциномы, могут, однако, появляться в любом месте). Во-вторых, логично было думать, что из всех стволовых клеток только половая клетка или, как в этом случае, ее раковая производная способна дать такое разнообразие тканей.

Из отдельной клетки тератокарциномы, введенной мыши, возникают опухоли, состоящие по крайней мере из 14 различных типов клеток. При введении в жидкость грудной полости они образуют тысячи Свободно плавающих агрегатов клеток, называемых эмбриондными телами, которые очень похожи на нормальных пятидневных- зародышей мыши. Снаружи они покрыты слоем клеток желточного мешка, а внутри состоят из типичных эмбриональных клеток. В глазной камере мыши (глазная жидкость — прекрасная среда для роста клеток) эмбриоцдные тела продолжают расти и дифференцироваться, как и обычные зародыши.

В одном из опытов тератому дезагрегировали и отдельные клетки выращивали в чашках Петри. Получали клопы этих кле