Ранние гены и их роль в развитии





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). Таким образом, опыт может регулировать молекулярную генетическую активность. Накопленные данные о механизмах экспрессии ранних генов позволили предположить, что они могут не только играть важную роль в развитии нервной системы, но и быть связанными с такими важными процессами, как обучение и консолидация памяти (то есть процесс перехода информации из кратковременной памяти в долговременную). К настоящему моменту накоплено очень много данных об экспрессии ранних генов в мозге животных при обучении (см. например: Анохин К.В., Судаков К.В., 1993). Обобщая полученные результаты, можно выделить несколько основных свойств экспрессии ранних генов в мозге при обучении.
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 (Там же).
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 (Там же).
Эти данные послужили основой для гипотезы о том, что активация в мозге ранних генов происходит в том случае, когда животное сталкивается с новыми для него ситуациями и возникающая при этом экспрессия ранних генов отражает субъективную оценку животным новизны (Там же).
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.

 





Читайте также:
Этапы развития человечества: В последние годы определенную известность приобрели попытки...
Функции, которые должен выполнять администратор стоматологической клиники: На администратора стоматологического учреждения возлагается серьезная ...
Зачем изучать экономику?: Большинство людей работают, чтобы заработать себе на жизнь...

Рекомендуемые страницы:



Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда...

Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-12 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.009 с.