Влияние среды на реализацию генотипа.




Лекция 2.

Роль фенотипа в реализации генотипа.

 

План.

Влияние среды на реализацию генотипа.

Ранние гены

Гормоны и их роль в генетической регуляции

 

Влияние среды на реализацию генотипа.

Генетика поведения человека лишена возможности экспериментировать с объектом своего исследования и вынуждена пользоваться естественными "экспериментальными" ситуациями, имеющимися в природе и социуме (близнецы, приемные дети и т.п.), поэтому и изучение развития здесь ведется на популяционном уровне. Основная часть выводов генетики поведения носит статистический, популяционный характер, поскольку касается не реального взаимодействия генотипа и среды в процессе развития конкретного фенотипа, а имеет отношение к компонентам дисперсии фенотипов в популяции. Поэтому, говоря о природе генотип-средовых взаимовлияний в индивидуальном развитии, мы будем опираться не столько на данные генетики поведения человека, сколько на косвенные данные смежных дисциплин: генетики поведения животных, молекулярной генетики, эмбриологии, нейробиологии развития, физиологии и т.д.

 

Популяционный подход к оценке наследуемости особенностей поведения не позволяет описывать процессы взаимодействия генотипа и среды в индивидуальном развитии. Когда в результате психогенетических исследований, проведенных, скажем, на близнецах или на приемных детях, признак относят к наследуемому, это не значит, что он наследственно детерминирован в общепринятом смысле этого слова. На первый взгляд, звучит парадоксально.

 

Популяционный подход к оценке наследуемости особенностей поведения не позволяет описывать процессы взаимодействия генотипа и среды в индивидуальном развитии. Когда в результате психогенетических исследований, проведенных, скажем, на близнецах или на приемных детях, признак относят к наследуемому, это не значит, что он наследственно детерминирован в общепринятом смысле этого слова. На первый взгляд, звучит парадоксально.

 

Высокая наследуемость свидетельствует лишь о том, что разнообразие индивидов в популяции в значительной степени связано с генотипическими различиями между ними. Имеется в виду, что процент индивидов, обладающих данным признаком в популяции потомков, может быть предсказан, исходя из знаний о родительской популяции. Однако значение показателя наследуемости ничего не говорит о последовательности событий в индивидуальном развитии признака и о том, какой конечный фенотип будет результатом развития конкретного индивида. В этом смысле признак с высокой оценкой наследуемости не является детерминированным генотипом, хотя такие интерпретации часто встречаются даже в публикациях специалистов. Это совсем разные вещи - разделить источники вариативности в популяции на генетические и средовые или искать генетические и средовые причины, лежащие в основе онтогенетического формирования конкретных фенотипов.

 

даже при 100%-ной наследуемости, как она понимается в генетике поведения, есть возможность для влияния среды на формирование признака в индивидуальном развитии. Такой подход и соответствует генетическим представлениям о норме реакции. Вспомним, что наследуется не признак, а именно норма реакции. О норме реакции в данном разделе следует поговорить особо. Во многих учебниках генетики, в школьном курсе биологии и других книгах часто под нормой реакции понимают пределы, которые генотип кладет формированию фенотипа. Такое понимание нормы реакции, на наш взгляд, менее продуктивно, чем то, которого придерживаемся мы в ходе изложения материала. Вспомним, что мы определили норму реакции как специфический характер реакции генотипа на изменения среды.

 

Введение в определение нормы реакции понятия предела вполне объяснимо, поскольку в обычных стандартных условиях развития, действительно, генотипы ограничивают возможности развития фенотипов. Например, люди с хорошими генетическими задатками для развития интеллекта при прочих равных всегда будут опережать людей с плохими задатками. Считается, что среда может сдвигать конечный результат развития, но в пределах диапазона, который генетически детерминирован. Но, в действительности, это ложная посылка, поскольку мы никогда не можем быть уверены, что признак достиг максимального развития, возможного для данного генотипа.

 

Характер фенотипических проявлений генотипа не может быть протестирован для всех возможных сред, поскольку они неопределенно вариабельны (Dobzhansky Т., 1995). В отношении человека мы не имеем возможности не только произвольно контролировать параметры среды, в которой происходит развитие, но часто, анализируя средовые влияния на признак, затрудняемся даже в выборе тех параметров, сведения о которых необходимо получить, особенно если речь идет о поведенческих характеристиках.

 

Современная психобиология развития поставляет все больше данных о значительных возможностях среды, в частности раннего опыта, в том числе эмбрионального, влиять на активность генов и структурное и функциональное формирование нервной системы. Таким образом, если в традиционной среде создается иллюзия того, что существуют пределы для формирования фенотипа, то мы не можем быть уверены, что развитие, в процессе которого генотип будет подвергаться необычным, нетрадиционным воздействиям, не приведет к возникновению таких особенностей поведения, которые в обычных условиях при данном генотипе были бы невозможны. Таким образом, более правильно считать, что пределы фенотипа непознаваемы.

 

Многие с интересом следят за публикациями о нетрадиционных методах воспитания младенцев, а некоторые родители испытывают их на своих детях. Кто-то пытается вырастить музыканта, начиная с внутриутробного периода, когда мать, вынашивающая ребенка, с помощью нехитрых приспособлений обеспечивает своему плоду прослушивание музыкальных произведений или сама поет колыбельные еще не родившемуся ребенку. Кто-то рожает в воде и затем плавает с новорожденным в ванне или бассейне. Кто-то увлекается динамической гимнастикой и закаливанием. Все чаще в роддомах младенца в первые минуты жизни не отлучают от матери, как это традиционно делалось раньше, а еще до перерезания пуповины кладут к ней на живот, обеспечивая столь естественный контакт матери и новорожденного.

 

Все эти "эксперименты" есть не что иное, как воздействие нетрадиционного (для данного периода развития общества) раннего опыта на плод и новорожденного, и эти воздействия не лишены смысла, поскольку интенсивно формирующаяся нервная система, от которой, в конечном счете, и будет зависеть наше поведение и все высшие психические функции, очень податлива к воздействиям именно в ранний период онтогенеза. Что же известно на сегодняшний день о влиянии раннего опыта, то есть среды, на развитие нервной системы и может ли эта среда влиять непосредственно на работу генетического аппарата? Иными словами, это вопрос о том, какими знаниями о процессе взаимодействия генотипа и среды в индивидуальном развитии мы располагаем

 

Как среда может взаимодействовать с генотипом в процессе развития?

 

Понятно, что результат развития - фенотип - зависит от совместного действия генов и среды. Гены и признаки связаны сложной сетью путей развития. Все индивидуальные различия, которыми занимаются дифференциальные психологи и психогенетики, являются результатом обстоятельств развития конкретных индивидов в конкретных средах. Часто индивиды, воспитанные в явно различающихся средах, имеют много общего. И наоборот, сиблинги, воспитывающиеся в одной семье, казалось бы при сходных обстоятельствах, за счет тонких различий в условиях воспитания и развития реально будут испытывать весьма различные воздействия как физической, так и социальной среды. Это справедливо даже для генетически идентичных МЗ близнецов. Таким образом, процесс взаимодействия со средой сложен и неоднозначен. Отметим также, что психологи и другие исследователи часто пользуются термином "взаимодействие" в статистическом смысле, когда исследуется взаимодействие отдельных факторов в продуцировании какого-либо измеряемого эффекта.

 

Подчеркнем, что статистическое взаимодействие факторов и взаимодействие генов и среды в индивидуальном развитии - это совершенно разные вещи. Их не следует путать.

 

Для нас вполне привычной является формулировка, в которой утверждается, что проявление фенотипа является результатом взаимодействия генотипа со средой в процессе развития. Однако если вдуматься в это утверждение, оно не покажется столь очевидным. Ведь взаимодействие предполагает, что его участники вступают в контакт, соприкасаются. На самом деле наш генотип, то есть генетический аппарат, спрятан глубоко внутри клетки и отделен от внешней среды не только покровами тела, но и клеточной и ядерной оболочками. Как же внешняя среда может взаимодействовать с генетическими структурами

 

Ясно, что гены и окружающий мир непосредственно не соприкасаются. С внешней средой взаимодействует организм в целом; гены же взаимодействуют с различными биохимическими субстанциями внутри клетки. А вот различные клеточные субстанции могут испытывать влияние внешнего мира. Рассмотрим, что известно об этих процессах сегодняшней науке. Для этого снова придется обратиться к молекулярной генетике и более подробно рассмотреть, как функционируют гены, поскольку в предыдущем изложении мы лишь констатировали, что главной функцией гена является кодирование информации, необходимой для синтеза специфического белка.

 

В настоящее время подчеркивается, что необходимо разделять роль ДНК в передаче наследственной информации и в функционировании клетки (Michel G.F., Moore C.L., 1995). Первая обеспечивается способностью ДНК к точной репликации и существованием клеточных механизмов для попадания этих репликаций в гаметы. Вторая имеет непосредственное отношение к тому, что изучается как взаимоотношение между геном и признаком.

 

По мере того как быстроразвивающаяся молекулярная генетика интенсивно накапливает данные, взгляд на ДНК как на некий код для хранения информации о признаке все более меняется. Когда исследуются детали функционирования клетки, оказывается, что существует множество промежуточных ступеней между ДНК и признаком, и множество агентов являются участниками превращения генетической информации в признак. ДНК является лишь одним из многих звеньев в динамической иерархически организованной системе.

 

Для психолога понятие "фенотип" обычно ассоциируется с понятием анатомического или поведенческого признака. Среда для психолога включает различные факторы вне организма. Это и физическая среда (различные виды энергии, материальные объекты), и социальная среда (социальное окружение). Для генетика же среда есть все внешнее по отношению к генам, или ДНК. В этом смысле среда в первую очередь включает различные химические субстанции, продуцируемые клеткой или ее окружением, а также продукты метаболизма переваренной пищи. В свою очередь, понятие "фенотип" для молекулярной генетики ассоциируется с фенотипом клетки, а именно, ее белками

 

Белки являются наиболее важными физико-химическими субстанциями внутри клетки, обеспечивая ее структурные элементы и выполняя роль катализаторов и регуляторов всех аспектов жизнедеятельности клетки. Белки являются крупными молекулами, составленными из скрученных волокон, называемых полипептидами. Полипептиды составлены, в свою очередь, из рядов различных аминокислот. Типы, количество и последовательность аминокислот в белках определяют их физико-химическое строение и другие особенности. Эти особенности определяют функциональную роль белка (структурный белок, фермент, регулятор и т.д.).

 

Генетический код, о котором мы говорили при изложении основ общей генетики, обеспечивает четкую параллель между последовательностью нуклеотидов в ДНК и последовательностью аминокислот в полипептиде. Мы уже знаем, что кодон - это три нуклеотида (триплет), кодирующие одну аминокислоту. Одна и та же аминокислота может кодироваться более чем одним кодоном. Например, кодон ГГЦ (гуанин, гуанин, цитозин) кодирует аминокислоту глицин. Эта же аминокислота кодируется еще тремя кодонами. Четыре нуклеотида, взятые по три, дают 64 сочетания. Большинство кодонов (61 из 64) кодируют аминокислоты. Оставшиеся три используются, чтобы отмечать конец кодируемой последовательности в гене

 

Генетический код был сначала исследован на прокариотах (доядерных организмах), в частности, бактерии Escherichia coli. У этих организмов порядок кодонов в молекуле ДНК точно определяет порядок аминокислот в полипептидной цепи и соответственно вид белка, который продуцируется. В результате этих исследований ген был определен как участок ДНК, содержащий основную последовательность для кодирования белка плюс коды начала и конца.

 

Как мы уже упоминали раньше, такие простые взаимоотношения между последовательностью кодонов и последовательностью аминокислот, которые наблюдаются у прокариот, в целом не применимы для эукариот (к ним относятся и все многоклеточные организмы), у которых в молекуле ДНК имеются кодирующие (экзоны) и некодирующие (интроны) последовательности. Перед тем кaк кодирующая последовательность будет использована для синтеза белка, интроны должны быть удалены. Открытие кодирующих и некодирующих последовательностей у эукариот привело к тому, что предложенное ранее определение гена пришлось усложнять с учетом новых данных.

 

Как мы уже упоминали раньше, такие простые взаимоотношения между последовательностью кодонов и последовательностью аминокислот, которые наблюдаются у прокариот, в целом не применимы для эукариот (к ним относятся и все многоклеточные организмы), у которых в молекуле ДНК имеются кодирующие (экзоны) и некодирующие (интроны) последовательности. Перед тем кaк кодирующая последовательность будет использована для синтеза белка, интроны должны быть удалены. Открытие кодирующих и некодирующих последовательностей у эукариот привело к тому, что предложенное ранее определение гена пришлось усложнять с учетом новых данных.

 

В клетках эукариот транскрипцию осуществляет специальный фермент РНК-полимераза II. Молекула полимеразы прикрепляется к стартовой последовательности ДНК (промотору) и, двигаясь вдоль нити ДНК, начинает строить молекулу РНК по тому же принципу шаблона, который используется для дупликации ДНК. По достижении другого специфического участка ДНК - сигнала терминации - полимераза отделяется и высвобождает новосинтезированную молекулу РНК, которая носит название информационной, или матричной (мРНК). Эта одноцепочечная мРНК является копией ДНК и содержит код для последовательности аминокислот в белке, кодируемом данным участком ДНК. Затем мРНК перемещается из ядра в цитоплазму клетки к рибосомам, где на ее основе происходит построение полипептидных цепей, или трансляция.

 

На ход транскрипции и трансляции могут влиять другие белки, относящиеся к регуляторным. Белки, влияющие на транскрипцию (факторы транскрипции), являются гетерогенной группой белков, которые либо путем активации, либо путем ингибирования регулируют экспрессию гена, то есть ту степень активности, с которой ген участвует в синтезе специфического для него белка. Факторы транскрипции определяют, будет ли, и в какой степени, ген экспрессирован.

 

Для транскрипции у эукариот, в связи с существованием экзонов и нитронов, характерно включение в процесс дополнительного этапа редакции мРНК. Первоначальная транскрипция РНК включает считывание как кодирующих, так и некодирующих участков (формируется незрелая мРНК). Затем она должна быть трансформирована в зрелую мРНК, которая не имеет некодирующих фрагментов. Такая редакция осуществляется с помощью специального клеточного механизма, который носит название сплайсинга. Если что-то мешает сплайсингу, то незрелая мРНК становится нестабильной и исчезает из клетки. По количеству и разнообразию стабильной мРНК можно судить о разнообразии и степени активности генов, синтезирующих белки.

 

Интересно, что сплайсинг может осуществляться различными путями, что позволяет на основе одной незрелой мРНК создавать различные формы зрелой. Это так называемый альтернативный сплайсинг. Альтернативный сплайсинг регулируется факторами клеточной среды. Примером альтернативно сплайсируемого гена является ген, который кодирует либо кальцитонин, пептид, включенный в регуляцию кальция, либо один из нейрогормонов. Если процессинг незрелой мРНК осуществляется в нейронах, то первичный транскрипт преобразуется в мРНК, кодирующую нейрогормон. А в клетках щитовидной железы альтернативный сплайсинг того же предшественника приводит к образованию молекулы мРНК, кодирующей пептид кальцитонин.

 

Таким образом, специфика ткани регулирует тот конечный продукт, который синтезируется на основе одного и того же гена. Следовательно, возникающий в результате клеточный фенотип не определяется однозначно кодом ДНК, а слагается под влиянием многих частей клеточного механизма. Так что формула "один ген - один белок" для многоклеточных организмов оказалась неверной. Альтернативный сплайсинг приводит к увеличению разнообразия продуктов, которые могут быть закодированы в одном гене

 

Процесс трансляции осуществляется на рибосоме. В этом процессе участвует еще один вид РНК - транспортная РНК (тРНК). Транспортная РНК необходима, поскольку не существует прямой комплементарности между мРНК и аминокислотами. Транспортная РНК является посредником между мРНК и аминокислотами. В процессе сборки белка различают три стадии - начало, продолжение и окончание. Каждая из этих стадий также может регулироваться

 

После трансляции полипептидные цепи складываются в двух- и трехмерные структуры, образуя белки различной конфигурации. Форма зрелого белка определяет его функциональный особенности. На форму и, следовательно, на функции белка могут также влиять различные процессы, происходящие в клетке. Когда процесс синтеза белка закончен, конечный продукт должен быть транспортирован в определенное место внутри или вне клетки, где он начнет выполнять свою функцию. Этот процесс также подвержен регуляции

 

Среди всех органов тела мозг занимает первое место по числу активных генов. По некоторым оценкам, число различных молекул стабильной мРНК, продуцируемых в мозге и специфичных для этого органа, может быть около 150 000 (Changeux J.P., 1997). Однако, несмотря на такое многообразие экспрессирующихся в мозге генов, количество синтезирующейся в клетке мРНК многих мозгоспецифичных генов относительно невелико, транскрипция этих генов осуществляется на низком уровне. Для сравнения можно сказать, что в хрусталике глаза продуцируется всего около 3000 различных мРНК, но количество каждой из них достаточно велико, что говорит о высокой интенсивности транскрипции.

 

Интересно оценить использует ли мозг, при таком высоком количестве активных генов всю ДНК, имеющуюся в хромосомах. Известно, что в оплодотворенной яйцеклетке мыши содержится 6x10-6 микрограмм ДНК. Если произвольно порезать эту цепь на сегменты (в соответствии с кодированием белка молекулярным весом 40 000), то получится примерно два миллиона таких сегментов. Максимальное число генов не может быть больше этого числа. Если учесть наличие некодирующих последовательностей и большого количества повторяющихся последовательностей, то структурные гены окажутся представлены лишь небольшой частью всей ДНК. На сегодняшний момент оценки максимального числа структурных генов очень приблизительны и для мыши составляют от 20 000 до 150 000. Последнее число сопоставимо с разнообразием мРНК, обнаруженным в мозге.

 

Оценить количество генов, которые экспрессируются в мозге и неактивны в других тканях организма, можно экспериментально, создавая тканеспецифичные кДНКовые библиотеки. Первые работы по оценке мозгоспецифичных генов были сделаны на крысах. Было показано, что из приблизительно 100 000 генов, которые составляют весь геном крысы, около 60000 экспрессируются в клетках мозга, причем около половины этих генов транскрибируются только в мозге, а в других тканях эти гены "молчат". Н. Жао с сотрудниками провел анализ кДНК-библиотеки мозга человека. Оказалось, что из 2505 случайно выбранных рекомбинантных клонов библиотеки около половины имеют мозгоспецифическую экспрессию. Если учесть, что в результате альтернативного сплайсинга количество мозгоспецифических транскриптов еще более увеличивается, то получается, что почти каждый второй ген в геноме человека связан с обеспечением функций нервной системы.

 

Таким образом, процессы, происходящие при считывании генетической информации с ДНК и при последующем синтезе белка, являются многоступенчатыми, и на каждой ступени возможна регуляция. Это означает, что между генотипом и фенотипом клетки не существует однозначного соответствия, а конечный результат целой цепи превращений зависит от динамических событий внутри и вне клетки. Регуляция определяет, будет ли ген экспрессирован, когда, где и в какой степени, какой белок будет синтезирован на основе данного гена, как он будет модифицирован и где будет локализован. Регуляция может происходить на любой ступени экспрессии гена, но в основном она происходит при процессах транскрипции. Здесь определяется, будет ли вообще осуществляться транскрипция, и если да, то с какой скоростью она будет происходить и какова будет ее продолжительность. Таким образом, большинство регуляторов - это факторы транскрипции.

 

Из всех видов тканей наибольшее разнообразие клеток и клеточных продуктов представлено в нервной системе. Это может обеспечиваться двумя путями: либо каждая клетка экспрессирует лишь небольшую часть своего генома, либо она использует один и тот же набор генов различным образом (вспомним альтернативный сплайсинг). Возможно, в нервной системе используются оба этих механизма, каждый из которых требует высоких уровней регуляции

 

Некоторая часть процессов регуляции связана с формой самой хромосомы. Например, для млекопитающих характерно явление, которое называется инактивацией одной из двух X-хромосом у представительниц генетически женского пола. Оказывается, что одна из Х-хромосом в клетках тела женской особи плотно скручивается и превращается в так называемое тельце Барра. В таком видоизмененном виде очень мало генов X-хромосомы оказываются доступными транскрипции, и она функционально напоминает более мелкую Y-хромосому. Такая инактивация осуществляется случайным образом и, если аллели обеих Х-хромосом различаются, может возникнуть явление мозаичности, известное, например, для кошек, имеющих черепаховую расцветку.

 

Регуляция может быть также связана с изменениями в хроматине. Дело в том, что молекула ДНК не существует сама по себе, а находится в структуре, именуемой хроматином. Эта структура включает также белки - гистонные комплексы, и свыше 90% ДНК обычно обернуто вокруг гистонных комплексов, образуя четкоподобные структуры, называемые нуклеосомами (примерно по 150-200 пар оснований в каждой нуклеосоме) (рис. 9.4). Местоположение нуклеосом также может регулировать транскрипцию.

Ранние гены

Большинство факторов транскрипции также являются белками, то есть продуктами трансляции. Это означает, что продукт, закодированный одним геном, может влиять на транскрипцию других генов, а иногда и того же самого гена. Следовательно, активность одной части генома может влиять на активность других его частей. Некоторые факторы транскрипции, экспрессированные генами, могут иметь широкое влияние на активность генома. Наибольшее внимание в этом отношении привлекают так называемые ранние гены (в английском варианте immediate early genes) и экспрессируемые ими продукты.

 

Впервые ранние гены были идентифицированы в культуре ткани при исследовании механизмов активации генома в ответ на добавление в среду факторов роста, приводящих к клеточной пролиферации (увеличению массы клеток путем митоза) и дифференцировке. Эти исследования привели к открытию класса генов, которые активируются в течение нескольких минут после воздействия на клетки факторов роста, причем эта транскрипционная индукция происходит даже в том случае, если в среду добавлены ингибиторы синтеза белка. Оказалось, что эти гены кодируют ядерные белки, которые являются транскрипционными факторами и регулируют экспрессию других генов

 

Одними из первых в семействе ранних генов были идентифицированы гены c-fos и с-тус.

 

Оказалось, что ранние гены широко распространены в живых организмах, причем один и тот же ген встречается у далеких в эволюционном отношении организмов. Это указывает на их важную биологическую функцию в нормальных клетках. Было показано, что ранние гены в условиях нормального функционирования характеризуются быстрой, но преходящей экспрессией в ответ на различные сигналы из внеклеточного пространства. Они способны реагировать на нейротрансмиттеры (передатчики нервных импульсов), на различные белковые факторы роста (например, фактор роста нервов - см. далее). Таким образом, действие разнообразных экстраклеточных сигналов приводит к запуску в клетках систем вторичных мессенджеров (посредников) и активации различных транскрипционных факторов, способных взаимодействовать друг с другом и активировать синтез мРНК генов-мишеней, обеспечивая тем самым специфичность и разнообразие восприятия клеткой различных сигналов.

 

Считается, что ранние гены и их продукты могут быть одним из механизмов, посредством которых осуществляется координация между онтогенетическими событиями в нервной системе и во внешней среде. Посредством участия ранних генов некоторая генетическая активность может концентрироваться в определенных клетках и координироваться с другими процессами, происходящими в нервной системе или во внешней среде.

 

Исследования показывают, что ранний опыт может значительно влиять на экспрессию ранних генов в клетках коры головного мозга. Так, К.М. Розен (1992) измерял уровень содержания мРНК ранних генов в зрительной и фронтальной коре котят, воспитывавшихся в темноте. Оказалось, что даже короткая световая экспозиция (всего один час) драматически увеличивает активность ранних генов в зрительной, но не во фронтальной коре. Примечательно, что эта активность была выше, если световая экспозиция приходилась на более ранний период развития (5-недельные котята в сравнении с 20-недельными).

 

Исследования показывают, что ранний опыт может значительно влиять на экспрессию ранних генов в клетках коры головного мозга. Так, К.М. Розен (1992) измерял уровень содержания мРНК ранних генов в зрительной и фронтальной коре котят, воспитывавшихся в темноте. Оказалось, что даже короткая световая экспозиция (всего один час) драматически увеличивает активность ранних генов в зрительной, но не во фронтальной коре. Примечательно, что эта активность была выше, если световая экспозиция приходилась на более ранний период развития (5-недельные котята в сравнении с 20-недельными).

 

В обычном состоянии, при отсутствии во внешней среде значимых раздражителей, экспрессия ранних генов в мозге животных осуществляется на базальном уровне с очень слабой интенсивностью. При помещении животных в новую среду или обучении их новым навыкам происходит очень быстрое и значительное усиление экспрессии ранних генов, причем наблюдаемая индукция транскрипции достигает своего максимума через 15-30 минут после начала воздействия, а уже через 60-90 минут уровень мРНК ранних генов возвращается к первоначальному базовому значению. Соответственно максимальный синтез белков, кодируемых этими генами, детектируется через 1-2 часа после воздействия, и через 4-5 часов индукция завершается

 

Примечателен тот факт, что по мере выработки и автоматизации нового навыка уровень экспрессии генов c-fos и c-jun постепенно снижается, а выполнение уже приобретенного навыка не вызывает индукции ранних генов. Привыкание к процедуре, вызывающей у животного стресс, также приводит к значительному снижению экспрессии ранних генов. При замене некоторых объектов во внешней среде или частичном изменении некоторых параметров условного сигнала затухавшая по мере обучения экспрессия ранних генов вновь достигает почти первоначального уровня

 

Примечателен тот факт, что по мере выработки и автоматизации нового навыка уровень экспрессии генов c-fos и c-jun постепенно снижается, а выполнение уже приобретенного навыка не вызывает индукции ранних генов. Привыкание к процедуре, вызывающей у животного стресс, также приводит к значительному снижению экспрессии ранних генов. При замене некоторых объектов во внешней среде или частичном изменении некоторых параметров условного сигнала затухавшая по мере обучения экспрессия ранних генов вновь достигает почти первоначального уровня

 

В последние годы были получены прямые доказательства участия ранних генов в механизмах обучения и формирования памяти. Современные методы молекулярной биологии позволяют специфично и обратимо блокировать экспрессию отдельных генов. Этого можно добиться, вводя в клетки короткие последовательности олигонуклеотидов, комплементарных участку мРНК интересующего гена. Связавшись с мРНК, такие антисмысловые (антисенс-) последовательности блокируют трансляцию, и в клетке не синтезируется белок данного гена. В экспериментах на крысах и цыплятах было показано, что введение в критические для запоминания области мозга антисенс-олиго-нуклеотидов, временно "выключающих" экспрессию гена c-fos, вызывает у обученных животных амнезию.

 

Эти данные свидетельствуют о том, что ранние гены очень чувствительно реагируют на изменения во внешней среде и являют собой критическое звено в механизме воздействия среды и приобретаемого в результате этого индивидуального опыта над геном нервных клеток

 

Таким образом, благодаря ранним генам даже краткие средовые сигналы могут быть преобразованы в каскад продолжительных событий, приводящих к изменениям внутри клеток и к межклеточным взаимодействиям. Тем самым ранние гены могут участвовать как в закладке нервной системы в эмбриогенезе, так и в ее пластических изменениях после рождения. Помимо ранних генов, в регуляцию генной активности и межклеточного взаимодействия включены и другие продукты. Одними из них являются гормоны.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-12-08 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: