Среда и генотип в процессе развития - молекулярные аспекты




Результат развития - фенотип - зависит от совместного действия генов и среды. Однако, гены и окружающий мир непосредственно не соприкасаются. С внешней средой взаимодействует организм в целом. Гены же взаимодействуют с различными биохимическими субстанциями внутри клетки.

Для психолога понятие "фенотип" обычно связано с понятиями анатомического или поведенческого признака. Среда для психолога включает различные факторы вне организма (физическая, социальная среда). Для генетика среда есть все кроме генов (включая различные химические субстанции, метаболиты). Фенотип для молекулярного генетика - это прежде всего белки.

Реализация генетической информации на молекулярном уровне включает два этапа: транскрипцию и трансляцию. На процесс транскрипции влияют регуляторные белки, от которых зависит экспрессия гена - степень его активности или проявления в фенотипе.

Первоначально в результате транскрипции синтезируется информационная РНК, которая содержит кодирующие и некодирующие участки гена. Затем некодирующие участки вырезаются, а кодирующие - сшиваются в зрелую информационную РНК. Это процесс называется сплайсингом. Сплайсинг может осуществляться разными путями, что позволяет на основе одной незрелой мРНК создавать различные формы зрелой. Альтернативный сплайсинг регулируется факторами клеточной среды. Примером может служить ген, который кодирует либо кальцитонин (в клетках щитовидной железы), либо нейрогормон (в нейронах). Таким образом, формула "один ген - один белок" для многоклеточных организмов нуждается в уточнении.

После трансляции генетической информации, которая осуществляется в цитоплазме на рибосомах, полипептидные цепи складываются в двух- и трехмерные структуры, образуя белки различной конфигурации. Конечный продукт должен быть транспортирован в определенное место внутри клетки или за ее пределы, где он начнет выполнять свою функцию. Все этапы этого процесса регулируются.

Наибольшее число активных генов обнаружено в мозге. Количество различных специфичных для мозга мРНК может достигать 150 000. Для сравнения можно сказать, что в хрусталике глаза продуцируется около 3 000 различных мРНК.

Процессы считывания генетической информации и синтеза 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, как он будет модифицирован и где будет локализован. Регуляция может происходить на любой стадии, но в основном она происходит на этапе транскрипции. При этом определяется сама возможность транскрипции, ее скорость и продолжительность. Большинство регуляторов - это факторы транскрипции.

Большинство факторов транскрипции - белки - продукты трансляции. Это означает, что продукт одного гена может влиять на транскрипцию других генов, или его самого. Следовательно, активность одной части генома может влиять на активность других его частей. Наибольшее внимание в этом отношении привлекают так называемые ранние гены.

Ранние гены активируются в течение нескольких минут после воздействия на клетки факторов роста. Оказалось, что эти гены кодируют ядерные белки, которые являются транскрипционными факторами и регулируют экспрессию других генов.

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. Ранний опыт может значительно влиять на экспрессию ранних генов в клетках коры головного мозга. Опыт может регулировать молекулярную генетическую активность. Ранние гены могут играть важную роль не только 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). Имеется много данных об экспрессии ранних генов в мозге животных при обучении.

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 осуществляется 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 через 60-90 минут уровень мРНК ранних генов возвращается к первоначальному состоянию. Соответственно максимальный синтез белков, кодируемых этими генами, происходит через 1-2 часа после воздействия, и через 4-5 часов индукция завершается.

По мере выработки и автоматизации нового навыка уровень экспрессии ранних генов снижается, а выполнение уже приобретенного навыка не вызывает их индукции. Привыкание к процедуре, вызывающей 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.

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 (Анохин К.В., Судаков К.В., 1993. Цит. по Малых С.В. с соавторами).

Помимо ранних генов в регуляции генной активности принимают участие гормоны. Средовой опыт приводит к изменению содержания гормонов в организме. Это еще один путь влияния внешней среды на активность генов в развитии.

Регуляторную функцию выполняют также G-белки, которые находятся на поверхности клеток и могут присоединять к себе гормоны, нейротрансмиттеры и нейромодуляторы. Эти белки - еще один путь влияния средовых событий на транскрипцию, трансляцию и посттрансляционные изменения в нервной клетке, который открывает возможности для влияния раннего опыта на структуру и функции нервной ткани.

Раннее развитие, когда происходит дифференциация нервных клеток и образование связей между ними и прочими системами организма, является одним из важнейших этапов формирования многих индивидуальных особенностей поведения человека.

 

...





Читайте также:
Основные этапы развития астрономии. Гипотеза Лапласа: С точки зрения гипотезы Лапласа, это совершенно непонятно...
Фразеологизмы и их происхождение: В Древней Греции жил царь Авгий. Он был...
Перечень актов освидетельствования скрытых работ и ответственных конструкций по видам работ: При освидетельствовании подготовительных работ оформляются следующие акты...
История русского литературного языка: Русский литературный язык прошел сложный путь развития...

Поиск по сайту

©2015-2022 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!
Обратная связь
0.011 с.