Экспрессия генов в ЦНС беспозвоночныхСтраница 1
С помощью ДНК-РНК-гибридизации показано, что в ЦНС моллюска-кальмара экспрессируется 46% уникальных последовательностей генома, что достаточно для кодирования нескольких десятков тысяч различных мРНК. Следовательно, генетическая сложность клеточных элементов в ЦНС высокоорганизованных беспозвоночных сопоставима с таковой в ЦНС млекопитающих. В отличие от млекопитающих, однако, у кальмара не обнаружено специфической для ЦНС популяции молекул поли+РНК.
Уникальную возможность для исследования экспрессии генов в индивидуальных нейронах представляет ЦНС брюхоногих моллюсков, состоящая из небольшого числа крупных, во многих случаях легко идентифицируемых нейронов, сосредоточенных в нескольких ганглиях. У аплизии некоторые нейроны достигают размеров 0,5 мм и содержат - 0,25 мкг ДНК и - 5 нг поли+РНК, что вполне достаточно для анализа методами молекулярного клонирования.
С помощью процедуры дифференциальной гибридизации клонированы гены и мРНК, специфически зкспрессирующиеся в отдельных нейронах ЦНС аплизии. В их число входят гены, продукты которых хорошо идентифицированы; например ген, кодирующий гормон откладки яиц, и четыре родственных ему гена. Будучи активными в разных нейронах, они кодируют синтез нескольких физиологически активных пептидов, секреция которых индуцирует стереотипный поведенческий репертуар откладки яиц. При этом один и тот же пептид может действовать как нейрогормон на клетки соматических тканей и нейромедиатор на определенные нейроны. Экспрессия других генов этого семейства в клетках атриальных желез приводит к синтезу нейроактивных пептидов, вызывающих активацию сумчатых клеток, а также секретируемых во внешнюю среду пептидов, обладающих активностью половых феромонов. Таким образом, кодируемые этим семейством генов пептиды регулируют различные компоненты одного сложного поведенческого репертуара.
Очень интересен также наплизии, участвующий в регуляции водно-соленого баланса. Он кодирует две мРНК, образующиеся в результате альтернативного сплайсинга. Одна из них является преобладающим продуктом экспрессии гена в одном из нейронов, тогда как укорочения форма мРНК преимущественно синтезируется в некоторых других нейронах. Следовательно, у аплизии существуют механизмы выбора различных путей сплайсинга в разных нейронах.
Изучение экспрессии генов в индивидуальных нейронах этого моллюска позволяет сделать некоторые принципиальные выводы, которые могут быть применимыми и к ЦНС позвоночных животных. Главный из этих выводов состоит в том, что присутствие множества "редких" молекул РНК в суммарных препаратах поли*РНК, изолированных из целой ЦНС или ее крупных отделов, является следствием активной экспрессии этих РНК в небольших популяциях нервных клеток, а не их экспрессии на одинаково низком уровне в обширных популяциях клеток.
Сравнение популяций мРНК, синтезируемых в нейронах, использующих один и тот же классический медиатор, но функционально различных, показывает, что такие нейроны обычно различаются экспрессией нескольких мРНК, каждая из которых специфична лишь для одного из сравниваемых нейронов. Очевидно, общее разнообразие синтезируемых в ЦНС мРНК складывается из перекрывающихся, но не одинаковых популяций мРНК, образуемых в индивидуальных нейронах. Остается добавить, что рассмотренные исследования охватывают лишь относительно часто встречающиеся молекулы мРНК. Не исключено, что в действительности различия в популяциях синтезируемых мРНК между индивидуальными нейронами носят более сложный характер.
К популярным объектам нейрогенетики из числа беспозвоночных относится и одна из свободно живущих нематод - Caenorhabditis elegans. Одним из важных результатов ее исследования является обнаружение так называемых селекторных генов. Последние играют ключевую роль в онтогенезе нейронов нематоды: их продукты индуцируют включение серии "генов-реализаторов", формирующих фенотип нейронов. Примером селекторного гена может служить ген INS-4, детерминирующий специфичность синаптических контактов идентифицируемого мотонейрона VA. При мутациях этого гена мотонейрон VA образует синаптические контакты, в норме ему не свойственные. Никаких других заметных нарушений в развитии ЦНС при этом не обнаруживается. Продуктом гена INS-4 является гомеобокс-содержащий ДНК-связывающий белок. Очевидно, он регулирует транскрипцию группы генов-реализаторов, непосредственно участвующих в установлении специфических для данного мотонейрона синаптических контактов.
Популярные статьи:
Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма
Синергетика — теория самоорганизации
Междисциплинарный характер синергетики
Самоорганизация в природных и социальных системах как самопроизвольное возникновение упорядоченных неравновесных структур в силу объективных законов природы и о ...
Научная несостоятельность расистских теорий
Необоснованность расистских теорий можно показать на примере одного из самых распространенных положений расизма, а именно на утверждении, что североевропейская раса — это наиболее духовно одаренная раса человечества, которой мир якобы обя ...
Состав крови: плазма и форменные элементы
Стабилизированная антикоагулянтом, кровь в пробирке разделяется на осадок - форменные элементы (эритроциты, лейкоциты, тромбоциты) и плазму. Плазма - прозрачная жидкость желтоватого цвета. При свёртывании крови вне организма (коагуляция к ...