Регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши

Регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши

В обзоре рассматриваются современные проблемы регуляции доимплантационного развития эмбриона мыши. Обсуждается роль четырех основных регуляторов онтогенеза – ядерно-цитоплазматических взаимодействий, «цитоплазматической» регуляции, межклеточных взаимодейст­вий и геномного импринтинга...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:1997
1. Verfasser: Евсиков, А.В.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 1997
Schriftenreihe:Биополимеры и клетка
Schlagworte:
Обзоры
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155104
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши / А.В. Евсиков // Биополимеры и клетка. — 1997. — Т. 13, № 2. — С. 93-99. — Бібліогр.: 55 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-155104
record_format dspace
spelling irk-123456789-1551042019-06-17T01:26:54Z Регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши Евсиков, А.В. Обзоры В обзоре рассматриваются современные проблемы регуляции доимплантационного развития эмбриона мыши. Обсуждается роль четырех основных регуляторов онтогенеза – ядерно-цитоплазматических взаимодействий, «цитоплазматической» регуляции, межклеточных взаимодейст­вий и геномного импринтинга В огляді розглянуто сучасні проблеми регуляції доімплан­таційного розвитку ембріона мииіі. Обговорюється роль чотирьох базових регуляторів онтогенезу ядерно-цитоплазма­тичних взаємодій, «цитоплазматичної» регуляції, міжклітин­них взаємодій та геномного імпринтингу. Our review focuses on modern problems of developmental regulation in preimplantation mouse embryo. The roles of four involved mechanisms, nucleo-cytoplasmic interactions, «cytoplasmic» regulation, cell-cell interactions and genomic imprinting, are discussed. 1997 Article Регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши / А.В. Евсиков // Биополимеры и клетка. — 1997. — Т. 13, № 2. — С. 93-99. — Бібліогр.: 55 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.00046E http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155104 591 ru Биополимеры и клетка Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Обзоры
Обзоры
spellingShingle Обзоры
Обзоры
Евсиков, А.В.
Регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши
Биополимеры и клетка
description В обзоре рассматриваются современные проблемы регуляции доимплантационного развития эмбриона мыши. Обсуждается роль четырех основных регуляторов онтогенеза – ядерно-цитоплазматических взаимодействий, «цитоплазматической» регуляции, межклеточных взаимодейст­вий и геномного импринтинга
format Article
author Евсиков, А.В.
author_facet Евсиков, А.В.
author_sort Евсиков, А.В.
title Регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши
title_short Регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши
title_full Регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши
title_fullStr Регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши
title_full_unstemmed Регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши
title_sort регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши
publisher Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate 1997
topic_facet Обзоры
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155104
citation_txt Регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши / А.В. Евсиков // Биополимеры и клетка. — 1997. — Т. 13, № 2. — С. 93-99. — Бібліогр.: 55 назв. — рос.
series Биополимеры и клетка
work_keys_str_mv AT evsikovav regulâtornyemehanizmydoimplantacionnogomorfogenezamyši
first_indexed 2025-07-14T07:12:19Z
last_indexed 2025-07-14T07:12:19Z
_version_ 1837605469296787456
fulltext ISSN 0233-7657 . Биополимеры и клетка. 1997. Т. 13. № 2 О Б З О Р Ы Регуляторные механизмы доимплантационного морфогенеза мыши А. В. Евсиков Институт молекулярной биологии и генетики НАН Украины 252143, Киев, ул. Академика Заболотного, 150 В обзоре рассматриваются современные проблемы регуляции доимплантационного развития эмбриона мыши. Обсуждается роль четырех основных регуляторов онтогенеза — ядерно-цитоп- лазматических взаимодействий, «цитоплазматической» регуляции, межклеточных взаимодейст­ вий и геномного импринтинга. Введение. Биология раннего эмбриогенеза млеко­ питающих в последнее время находится как бы на перепутье своего дальнейшего развития. К сожале­ нию, в сложившейся ситуации не слишком понят­ но, какой из путей тупиковый, а какой ведет к углублению нашего понимания природы и сущно­ сти процессов жизни. В настоящий момент, на взгляд автора, про­ блема сводится к тому, что при наличии громадно­ го количества разнообразнейших методических подходов остается неясным ответ на вопрос «а что же все-таки искать?» Дело в том, что если эмбри­ ология других классов животных развивается в рамках достаточно давно сложившихся базовых концепций, то экспериментальное изучение онто­ генеза млекопитающих, во-первых, началось отно­ сительно недавно и, во-вторых, практически сразу столкнулось с проблемами и задачами, отсутство­ вавшими при исследовании других объектов. По­ скольку процесс развития любого многоклеточного организма можно рассматривать как цепь последо­ вательных специализаций возникающих популя­ ций клеток, то достижение понимания того, как они реализуются, несомненно, является одной из основных задач современной эмбриологии. И как раз здесь онтогенез высших млекопитающих задает нам трудноразрешимые загадки. Существенным от­ личием млекопитающих от всех остальных живо­ тных является то, что, начиная с самых первых стадий, их раннее развитие не обладает ни единой © Е В С И К О В А. В. , 1997 чертой детерминированности и подчиняется только регуляторным принципам [1 , 2 ] . Если у большин­ ства животных первые этапы морфогенеза прохо­ дят под жестким контролем материнских факторов ооплазмы, для многих из которых предетерминиро- вано даже пространственное расположение в ци­ топлазме яйца [3 ], то у млекопитающих ооплазма играет в «регуляторном» смысле второстепенную роль: накапливающиеся в течение оогенеза продук­ ты предназначены, по всей видимости, лишь для обеспечения нормального хода оплодотворения и последующего дробления зиготы вплоть до момента включения эмбрионального генома. Только после активации собственного генома зародыша начинает развертываться морфогенетическая программа да­ льнейшего развития. Таким образом, эмбриологи оказываются в сложной ситуации: если при детер­ минированном типе развития объектом изучения является система «набор материнских факторов цитоплазмы программа эмбриогенеза», то в слу­ чае млекопитающих возникает вторая система «ге­ ном зародыша цитоплазма программа эмбрио­ генеза», которая по своей сути является более динамичной, чем первая. Регуляцию доимплантационного развития мле­ копитающих можно «расчленить» на четыре со­ ставляющих. Во-первых, — это межклеточные вза­ имодействия, являющиеся одним из основных ме­ х а н и з м о в д и ф ф е р е н ц и р о в к и и п о д д е р ж а н и я дифференцированного состояния клеток; во-вто­ рых, ядерно-цитоплазматические взаимодействия; в-третьих, «ауторегуляционные» функции цито- 93 Е В С И К О В А В плазмы, под которыми подразумеваются как по­ сттранскрипционный и посттрансляционный конт­ роль продуктов экспрессии генов, так и материн­ ская регуляция; в-четвертых, — это геномный им- п р и н т и н г . П р и всей и с к у с с т в е н н о с т и такого разделения оно становится очень удобным при попытке разобраться в той мозаике фактов, кото­ рую сейчас напоминает биология раннего развития млекопитающих. Вследствие того, что важнейшим объектом эм­ бриологических исследований, посвященных этому классу, уже многие десятилетия является мышь, представленный обзор будет, в основном, базиро­ ваться на данных, полученных при изучении имен­ но этого вида. В течение первых четырех суток после опло­ дотворения, на доимплантационных стадиях, в за­ родыше мыши происходит несколько важных собы­ тий. Первое среди них — активация генома на ранней двуклеточной стадии. Далее следует ком- пактизация, начинающаяся после третьего деления дробления и ведущая к тому, что после четвертого клеточного цикла (на стадии 16 клеток) в эмбрионе появляются две принципиально разные популяции бластомеров — «внутренние» и «внешние», т. е. возникает «радиальная» асимметрия зародыша. По­ сле пятого деления дробления начинает образовы­ ваться полость бластоцеля, знаменующая собой появление двух различных клеточных популя­ ций — трофэктодермы и внутренней клеточной массы (ВКМ); кроме того, зародыш приобретает дорзо-вентральную асимметрию. В обзоре эти со­ бытия рассмотрены в свете приведенных выше «четырех регуляторных факторов развития» и име­ ющихся к настоящему моменту эксперименталь­ ных данных, а также сделана попытка свести их в некую общую схему регуляции доимплантационно­ го морфогенеза мыши. Межклеточные взаимодействия. Межклеточ­ ные взаимодействия, возможно, играют ведущую роль при образовании на стадии бластоцисты двух принципиально р а з л и ч н ы х клеточных популя­ ций — ВКМ и трофэктодермы. Начальный этап этой дифференцировки (при переходе от 8- к 16-клеточной стадии) характеризуется возникнове­ нием «наружных» и «внутренние» бластомеров. Оказалось, что именно «внутренних» клетки в дальнейшем образуют ВКМ, тогда как из «наруж­ ных» бластомеров получается трофэктодерма [4— 7 ]. Подобная схема дифференцировки была назва­ на Тарковским [4 ] «внутри и снаружи» (inside- outside theory) . Для изучения межклеточных сигнальных сис­ тем, направляющих развитие, используется не­ сколько подходов. Еще в 70-х — начале 80-х гт. одним из самых широко использовавшихся методов в этой области было изучение цитоскелета бласто­ меров, его изменения при компактизации и кави­ тации. Эти данные, несмотря на их значимость, не приблизили нас к раскрытию механизмов регуля­ ции доимплантационного развития. Поэтому не будем останавливаться на проблемах динамики ци­ тоскелета в доимплантационном эмбрионе мыши, тем более что сведения о состоянии этого вопроса на современном этапе можно найти, например, в обзоре Гюи-Халлоне и Маро [8 ]. Совершенствова­ ние методов иммуноцитохимии позволило «загля­ нуть в глубь» эмбриона и изучить структуры, ответственные за передачу сигналов между бласто­ мерами ранних зародышей. Киддер [9] детально обсудил факты, имеющиеся по данной проблеме, а Уотсон [10] рассмотрел с этой точки зрения роль межклеточных взаимодействий при образовании полости бластоцеля. На взгляд автора, одним из самых (потенци­ ально) информативных подходов к выяснению ре- гуляторной роли межклеточных взаимодействий в раннем онтогенезе млекопитающих является изу­ чение химерных зародышей, получающихся в ре­ зультате агрегации двух или нескольких эмбрио­ нов. Давно известно, что химеры способны разви­ ваться как единый нормальный организм-мозаик, и с помощью этого метода удается получить даже межвидовые ( к о з а о в ц а ) «гибриды»; подробное обсуждение этих вопросов можно найти в книге МакЛарен [11 ]. Пожалуй , одним из наиболее уди­ вительных свойств агрегации является то, что она позволяет добиться полноценной дифференцировки даже тех эмбрионов (или плюрипотентных кле­ ток) , которые индивидуально не развиваются. На­ пример, были получены нормальные взрослые хи­ меры между гиногенетическими, партеногенетиче- с к и м и , а н д р о г е н е т и ч е с к и м и и н о р м а л ь н ы м и зародышами [12—14] , химеры клеток тератокар- циномы и эмбрионов мыши [15, 16] , между эмбри­ ональными стволовыми клетками и бластоцистами [17, 18] . В последнее время в исследованиях, связанных с так называемым направленным выключением гена (targeted gene disruption или functional gene knockout; см., например, [19] ) , широко использу­ ется то свойство химерных животных, что в за­ кладке половых клеток участвуют обе части химе­ ры. В этих экспериментах у эмбриональных ство­ ловых клеток при помощи молекулярных методов производится направленное разрушение интересу­ ющего гена (как правило, достигается оно встраи­ ванием векторной конструкции в кодирующую или 94 Р Е Г У Л Я Т О Р Н Ы Е М Е Х А Н И З М Ы М О Р Ф О Г Е Н Е З А МЫШИ регуляторную области), затем эти клетки перено­ сятся в полость бластоцеля нормального эмбриона. Получаются химеры, состоящие из двух частей, — «нормальной» и «дефектной». Этим методом (разу­ меется, в оптимальном случае) можно достичь двух целей. Во-первых, по вкладу «дефектной» части в органы и ткани химеры можно судить о том, как присутствие «нормальной» части повлияло на про­ цесс ее дифференцировки, и соответственно сде­ лать выводы как о роли, так и, частично, о механизмах регуляции «выключенного гена». Во- вторых, в случаях, когда клетки «дефектной» части вносят свой вклад в популяцию половых клеток взрослой химеры, появляется возможность полу­ чать гетеро- и гомозиготных по «выключенному» гену (null mutations) потомков, что также очень важно для изучения его роли. Таким способом к настоящему моменту уже изучено много генов, направляющих развитие, например, протоонкоген c-mos, ответственный за созревание ооцитов [20, 21 ]; Notch J у являющийся одим из регуляторов дифференцировки эктодермы и нервной ткани [22 ]; HNF-4, кодирующий стероидзависимый фак­ тор транскрипции, играющий важную роль во вре­ мя гаструляции [23 ], и другие. Чрезвычайно интересные результаты получены при агрегации асинхронных, т. е. находящихся на разных стадиях развития, зародышей. В экспери­ ментах Пратера и Ферста [24—26 ] было показано ускорение образования бластоцеля у зародышей, полученных при объединении одного бластомера 8-клеточного эмбриона с двуклеточным зароды­ шем, по сравнению с дву клеточными контрольны­ ми. Вопреки ожиданиям оказалось, что в подобных асинхронных химерах более «продвинутые» бласто- меры не вносят относительно большего вклада в популяцию клеток ВКМ [25] . Интересно то, что при агрегации «слегка» асинхронных бластомеров зародышей ранней и поздней 8-клеточной стадии (разница в развитии составляет около 4 ч) или 4-клеточных зародышей с 8-клеточными наблюда­ ется иная картина: потомки «поздних» бластомеров вносят больший вклад в популяцию ВКМ [7, 27 ]. К сожалению, до сих пор не было предпринято попыток изучения асинхронных химер на молеку­ лярном уровне. Несомненно, однако, то, что выяс­ нение механизмов взаимодействия бластомеров, находящихся на разных стадиях развития, не толь­ ко интересно per se, но и позволит глубже понять процессы регуляции доимплантационного разви­ тия, происходящие на межклеточном уровне. Взаимодействие ядра и цитоплазмы. Логич­ ным следствием отсутствия предетерминированно- сти в доимплантационном морфогенезе млекопита­ ющих является то, что взаимосвязь генома зароды­ ша и его окружения — цитоплазмы — служит од­ ним из главных регуляторов раннего развития. Действительно, без включения эмбрионального ге­ нома на двуклеточной стадии зародыш мыши даже не скомпактизуется [28 ], а, например, при «вы­ ключении» транскрипции на стадиях вплоть до 16-клеточной в нем не сможет образоваться бласто- цель [29] . В то же время на цитоплазматическом уровне осуществляется как контроль клеточного цикла, так и в какой-то мере регуляция программы морфогенеза, доказательством чему могут служить результаты пересадок гетерологичных ядер в экспе­ риментах по клонированию млекопитающих (см. обзор [30]) . Итак, что же к настоящему моменту известно о том, как ядро и цитоплазма взаимодействуют в развитии? У мыши включение собственного генома эмбриона происходит на двуклеточной стадии [31 ] и сопровождается резким увеличением уровня бел­ кового синтеза и появлением характерных белков, в частности, так называемого TRC70 (Transcription Requiring Complex 70 kDa) . (Недавно было показа­ но, что после оплодотворения ооцита сперматозои­ дом трансгенного самца синтез м Р Н К трансгена (люциферазы) начался уже в поздней зиготе [32 ].) «Выключение связи» между ядром и цитоплазмой при помощи ингибитора транскрипции а -аманити- на на стадии зиготы не мешает нормальному про­ хождению первого деления дробления [33 ], однако препятствует появлению продуктов активации соб­ ственного генома зародыша [28 ]. Поздняя двукле- точная и ранняя—средняя четырехклеточная ста­ дии характеризуются тем, что в это время идет транскрипция продуктов, необходимых для ком- пактизации. Подавление синтеза Р Н К на этом этапе останавливает развитие на 8-клеточной ста­ дии [34 ]. К моменту, когда число клеток зародыша достигает 16 (возможно, и раньше) в цитоплазме накапливается достаточно «ядерных» продуктов для образования бластоцеля и выл у плени я, так как а -аманитин, начиная с этой стадии, не препятству­ ет прохождению последующих этапов морфогенеза [29] . Работы последних лет лаборатории Киддера ( [35—38] ; обзор [9] ) , посвященные двум генам одного из ключевых ферментов при образовании бластоцеля, — Na + , К + А Т Фаз ы — позволили глуб­ же понять регуляцию экспрессии генома в доимп­ лантационном развитии. Этот трансмембранный белок состоит из двух субъединиц — а (каталити­ ческой) и /? (по всей видимости, регуляторной) — и его появление на стадии поздней морулы знамену­ ет собой начало формирования бластоцисты. На- 95 Е В С И К О В А В копление мРНК «-субъединицы начинается уже на 2-клеточной стадии, а к 8-клеточной ее уровень достигает 70 % от стадии бластоцисты. Специфи­ ческие антитела к а-субъединице выявляют ее лишь в поздней моруле. Однако было показано, что трансляция м Р Н К идет постоянно; следовательно, либо этот полипептид не полностью синтезируется, либо его процессинг осуществляется на посттранс­ ляционном уровне. Иная картина наблюдается в случае /3-субъединицы АТФазы. Хотя «следовая» транскрипция идет в течение всего доимплантаци­ онного развития, резкое увеличение синтеза ее м Р Н К происходит на стадии морулы. По-видимо­ му, накопление /?-субъединиц является толчком к увеличению синтеза (или посттрансляционному со­ зреванию) а-субъединиц АТФазы, что, в свою очередь, ведет к накоплению этого фермента на апикальных мембранах бластомеров (в этом про­ цессе задействован цитоскелет) и началу образова­ ния полости бластоцеля. В случае подтверждения данной гипотезы Киддера появится яркий пример того, как активация единственного гена приводит к запуску очередного морфогенетического события в онтогенезе. В настоящий момент все больше доказательств находит теория, согласно которой механизм регу­ ляции доимплантационного морфогенеза, если рас­ сматривать его через призму взаимоотношений яд­ ро цитоплазма, осуществляется по принципу «go when ready» (выражение принадлежит Дадрику и Шульцу [39]) . Согласно этому воззрению, запуск очередной стадии морфогенеза может начаться лишь после того, как будет достигнут определен­ ный «критический» уровень концентрации продук­ тов предшествующего этапа [40] . Это означает, что последовательность событий, происходящих на доимплантационных стадиях, чрезвычайно жестко предетерминирована ; в данном случае можно вспомнить эпигенетический ландшафт Уоддингтона [41 ]. Однако на сегодня именно раскрытие меха­ низмов, последовательно проводящих зародыш че­ рез доимплантационные стадии, очень важно для осмысления онтогенеза млекопитающих. «Цитоплазматическая» регуляция доимплан­ тационного развития. Как было отмечено выше, вследствие «регуляторности» онтогенеза млекопи­ тающих материнский контроль развития осуществ­ ляется лишь на самых ранних стадиях, до тех пор, пока не включится эмбриональный геном. Посколь­ ку у мыши это происходит на двуклеточной ста­ дии, то материнской регуляции «подлежит» лишь первый клеточный цикл. Однако даже на этом этапе присутствие ядра необходимо для нормально­ го дробления: энуклеированные зиготы не делятся, а лишь фрагментируются [42 ]. В данном случае не имеет значения, какое именно это ядро, так как первый клеточный цикл нормально проходят даже зиготы, у которых собственное ядро заменено на ядро соматической клетки или второго полярного тельца [43, 44 ]. Дальнейшего же развития в таких случаях не наблюдается. В экспериментах по кло­ нированию млекопитающих, когда осуществляется пересадка ядер из бластомеров достаточно поздних стадий в зиготу, при успешном развитии реконст­ руированных эмбрионов принято говорить о «пере­ программировании» ядра цитоплазмой [30] . На взгляд автора, корректнее было бы назвать это «гибкостью» геномов бластомеров, еще не ушедших далеко по пути специализации. Подобную точку зрения можно обосновать хотя бы тем, что успеш­ ное развитие (у мыши) после пересадок удавалось получить, используя ядра «не старше» стадии 8 клеток, а у этих эмбрионов, как известно, все бластомеры равнозначны и тотипотентны. К «ауторегуляторным» ф у н к ц и я м цитоплазмы можно также отнести посттранскрипционный и по­ сттрансляционный контроль продуктов экспрессии генома зародыша в тех случаях, когда эти процес­ сы разнесены во времени и пространстве. Так регулируются, например , обсуждавшаяся выше Na*, К + АТФаза , мембранный белок Е-кадхерин, ответственный за клеточную адгезию, белок меж­ клеточных контактов коннексин-43 и некоторые другие [9 ]. Именно благодаря таким механизмам регуляции развитие блокируется не моментально после «выключения» ядра а -аманитином, но про­ должается еще некоторое время [29, 34 1. Сюда же можно отнести и результаты, полученные в работе [45]: цитопласты зародышей, культивировавшихся в присутствии ингибитора цитокинеза цитохалази- на D и энуклеированных на 8-клеточной стадии, образовывали некое подобие бластоцеля и вылуп­ лялись примерно в одно и то же время, что и неэнуклеированные «одноклеточные бластоцисты». Единственным имеющимся к настоящему вре­ мени примером «материнского эффекта» на разви­ тие мыши служит линия мышей DDK. Самки этой линии, будучи скрещенными с самцами любой другой линии, не дают потомства: эмбрионы поги­ бают вскоре после имплантации . Реципрокные скрещивания, однако, фертильны. Этот феномен, названный «синдромом DDK», связан с локусом О т , вызывающим у самок DDK несовместимость между ооплазмой и каким-то отцовским фактором [46, 47 ] . В лабораториях Бабине и Ренара [48, 49] было показано, что «синдром DDK» вызван мате­ ринской м Р Н К , имеющейся в зрелых ооцитах и сохраняющей свою активность и в доимплантаци- 96 онном развитии, которая каким-то образом взаимо­ действует с отцовским геномом и влияет на него. Хотя то, каким образом осуществляются данные взаимодействия, все еще неизвестно, необходи­ мость раскрытия их молекулярных механизмов представляется очевидной. Геномный импринтинг. После открытия того, что в онтогенезе млекопитающих отцовский и ма­ теринский геномы неравнозначны [50, 51 ], и дока­ зательства невозможности полного развития андро- генетических, гиногенетических и партеногенети- ческих зародышей [30] явлению, впоследствии названному геномным импринтингом, стали уде­ лять большое внимание. К настоящему времени исследовано достаточно много подверженных имп- ринтингу генов мыши (например, ген инсулинопо- добного фактора роста Igf2, ген его рецептора lgf2r, ген малого ядерного рибонуклеопротеина N SnrpN, ген Я / 9 , тесно сцепленный с Igf2y но имеющий «противоположный» импринт) ; кроме того, состав­ лена довольно точная хромосомная карта имприн- тинга. Процесс инактивации одной из Х-хромосом в онтогенезе самок млекопитающих, являющийся механизмом дозовой компенсации, во многом напо­ минает импринтинг. Общепринятым, хотя до сих пор не вполне доказанным, является мнение, что импринтинг реализуется через метилирование ге­ номной Д Н К во время гаметогенеза. По крайней мере, для некоторых генов (в частности, Igf2 и Н19 [52 ]) была показана связь между уровнем экспрес­ сии аллеля и степенью метилированности некото­ рых близлежащих участков Д Н К . Интересно, что метилирование может репрессировать ген, как это происходит в случае Я У 9, и, наоборот, активиро­ вать его, как, например, Igf2r. В большинстве случаев импринтинг начинает играть важную роль на постимплантационных ста­ диях: в частности, недавно было показано, что на доимплантационных стадиях два «классических» гена при изучении импринтинга — Igf2 и Igf2r — могут экспрессироваться при андро-, партено- или гиногенезе как с отцовской, так и материнской хромосомы [53 ]. Аналогичные результаты были получены при изучении экспрессии генов Igf2, Igf2r, SnrpN и HI9 в дифференцирующихся in vitro андро- и гиногенетических эмбриональных стволо­ вых клетках [54 ]. В обоих случаях необходимо отметить, что при нормальном развитии in vivo экспрессия всех этих генов идет исключительно с отцовского или материнского аллеля . Например, методом направленного мутагенеза было показано, что при наследовании «выключенного» аллеля Igf2r от отца развитие идет нормально, тогда как боль­ шинство зародышей, получивших нефункциональ- Р Е Г У Л Я Т О Р Н Ы Е М Е Х А Н И З М Ы М О Р Ф О Г Е Н Е З А МЫШИ ную копию этого гена от матери, погибает в перинатальный период [55] . Лэтэм с соавт. [53] предложили гипотезу, согласно которой имприн­ тинг «помечает» хромосому во время гаметогенеза, а «метка» затем узнается какими-то регуляторны- ми факторами клеток, достигших определенных стадий онтогенеза, и селективно выключает мате­ ринский или отцовский аллель . По мнению авто­ ров, эта гипотеза позволяет отойти от не лишенной недостатков модели импринтинга, по которой мате­ ринские или отцовские аллели импринтированных генов «молчат» с момента оплодотворения. Заключение . П о с т о я н н о у в е л и ч и в а ю щ и й с я объем наших знаний о развитии млекопитающих позволяет сейчас по крайней мере «расставить ориентиры» в огромном количестве имеющихся фактов и гипотез. Несомненно, что в ближайшем будущем основной проблемой эмбриологии данного класса животных станет выяснение «соподчиненно- сти» уровней регуляции в онтогенезе. Без решения этой задачи мы даже близко не сможем подойти к пониманию общей картины эмбриогенеза млекопи­ тающих. Эмбриональный геном, начинающий играть первостепенную роль с самых начальных этапов развития млекопитающих, является главным пре­ тендентом на роль «вершины» иерархической структуры регуляторов онтогенеза. Как видно из вышеизложенного, ядро служит единственным но­ сителем информации уже на доимплантационных стадиях, а через его взаимодействия с цитоплазмой реализуется программа эмбриогенеза. Дальнейшее изучение механизмов их взаимоотношений должно принести плодотворные результаты. Важной задачей будущих исследований явля­ ется выяснение того, как соотносятся «цитоплазма- тическая» и «межклеточная» регуляции развития. Первые шаги в этом направлении, например, со­ здание асинхронных химер уже сделаны. Вопрос о соподчиненное™ этих уровней регуляции (по край­ ней мере, в доимплантационном развитии) все еще остается открытым. Кроме того, представляется очень важным вы­ яснение роли «внутреннего» регулятора генома — импринтинга — в онтогенезе. Открытие этого явле­ ния поставило перед исследователями ошеломляю­ щий вопрос: является ли эмбриональный геном млекопитающих единой структурой или на самом деле мы имеем дело с двумя геномами — материн­ ским и отцовским, точное взаимодействие которых является жизненно важным для полноценного раз­ вития организма. В связи с этим проблема имприн­ тинга начинает привлекать пристальное внимание многих эмбриологов. 97 Е В С И К О В А В О. В. Євсиков Регуляторні механізми доімплантаційного морфогенезу миші Резюме В огляді розглянуто сучасні проблеми регуляції доімплан­ таційного розвитку ембріона мииіі. Обговорюється роль чо­ тирьох базових регуляторів онтогенезу ядерно-цитоплазма­ тичних взаємодій, «цитоплазматичної» регуляції, міжклітин­ них взаємодій та геномного імпринтингу. А. V. Evsikov Regulatory mechanisms of mouse preimplantation development Summary Our review focuses on modern problems of developmental regulation in preimplantation mouse embryo. The roles of four involved mechanisms, nucleo-cytoplasmic interactions, «cytoplasmic» regulation, cell-cell interactions and genomic imprinting, are discussed. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Davidson E. H. Spatial mechanisms of gene regulation in metazoan embryos / / Development.—1991 .—113 .—P. 1—26. 2. Evsikov S. V., Morozova L. M., Solomko A. P. Role of ooplasmic segregation in mammalian development / / Roux's Arch. Develop. Bio l .—1994.—203.—P. 199—204. 3. Dworkin M. В., Dworkin-Rastl E. Functions of maternal mRNA in early development / / Мої. Reprod. Develop.— 1990 — 2 6 — P. 261—279 . 4. Tarkowski A., Wroblewska J. Development of blastomeres of mouse eggs isolated at the 4- and 8-cell stage / / J. Embryol. Exp. Morph.—1967.—18.—P. 155—180. 5. Johnson M. H., Ziomek C. A. Cell interactions influence the fate of mouse blastomeres undergoing the transition from the 16- to the 32-cell stage / / Develop. Biol .—1983.—95, N 1.— P. 211—218. 6. Pedersen R. A., Wu K, Balakier H. Origin of the inner cell mass in mouse embryos: cell lineage analysis by microinjection / / Ib id .—1986.—117.—P. 5 8 1 — 595. 7. Garbutt C. L., Johnson M. H., George M. A. When and how does cell division order influence cell allocation to the inner cell mass of the mouse blastocyst? / / Development.—1987.— 1 0 0 — P . 325—332 . 8. Gueth-Hallonet C, Мато B. Cell polarity and cell diversifica­ tion during early mouse embryogenesis / / Trends Genet.— 1992.—8, N 8.—P. 274—279 . 9. Kidder G. M. The genetic program for preimplantation deve­ lopment / / Develop. Genet .—1992 .—13.—P. 319—325. 10. Watson A. J. The cell biology of blastocyst development / / Мої. Reprod. D e v e l o p — 1 9 9 2 . — 3 3 . — P . 492—504. 11. Мак-Ларен Э. Химеры млекопитающих.—M.: Мир, 1979. 12. Surani М. А. Н., Barton S. К., Kaufman М. Н. Development to term of chimeras between diploid parthenogenetic and fertilized embryos / / Nature .—1977.—270.—P. 601—602. 13. Otani H., Yokoyama M., Nozawa-Kimura S. et al. Pluripoten- cy of homozygous-diploid mouse embryos in chimeras / / Develop. Growth and Differ .—1987.—29, N 4 .—P. 373—380. 14. Paldi A., Nagy A., Markkula M. et al. Postnatal development of parthenogenetic fertilized mouse aggregation chimeras / / Development — 1989 .—105.—P. 115—118. 15. Hanaoka K, Kato Y., Noguchi T. Comparative study on the ability of various teratocarcinomas to form chimeric mouse embryos / / Develop. Growth and Differ.—1986.—28, N 3 . — P. 223—231 . 16. Hanaoka K., Hayasaka M., Noguchi Т., Kato Y. Viable chimeras between embryonal carcinoma cells and mouse em­ bryos: comparision of aggregation and injection methods / / Ibid.—1987.—29, N 3 .—P. 263— 270 . 17. Hanaoka K, Kondo S., Hayasaka M., Kato Y. Internalization of embryonal carcinoma cells when aggregated with normal mouse embryos / / Ibid.—N 4 .—P. 3 0 7 — 3 1 5 . 18. Tokunaga Т., Tsunoda Y. Efficacious production of viable germ-line chimeras between embryonic stem (ES) cells and 8-cell stage embryos / / Ibid.— 1992 — 3 4 , N 5 — P . 561 — 566. 19. Travis J. Scoring a technical knockout in mice / / Science.— 1992.—256.—P. 1392—1394. 20. Colledge W. H., Carlton M. B. L., Udy G. В., Evans M. J. Disruption of c-mos causes parthenogenetic development of unfertilized mouse eggs / / Nature .—1994.—370, N 6484 .— P. 65—67. 21. Hashimoto N., Watanabe N., Furuta Y. et al. Parthenogenetic activation of oocytes in c-mos-deficient mice / / Ibid.—P. 68— 70. 22. Swiatek P. J., Lindsell С. E., Franco del Ато F. et al. Notch I is essential for postimplantation development in mice / / Genes and Develop.—1994.—8, N 6 .—P. 7 0 7 — 7 1 9 . 23. Chen W. S., Manova K., Weinstein D. C. et al. Disruption of the HNF-4 gene, expressed in visceral endoderm, leads to cell death in embryonic ectoderm and impaired gasrulation of mouse embryos / / Ibid.—N 3 .—P. 2 4 6 6 — 2 4 7 7 . 24. Prather R. S., First N. L. Reprogramming of murine blas- tocoele formation / / J. Exp. Zoo l .—1986 .—237 .—P. 347— 350. 25. Prather R. S., First N. L. Developmental fate in chimeras derived from highly asynchronous murine blastomeres / / Ib id .—1987.—242.—P. 2 7 — 3 3 . 26. Prather R. S., First N. JL Chimerization of highly asyn­ chronous murine blastomeres: Developmental alteration? / / Gamete Res .—1988 .—19 , N 4 .—P. 359—367 . 27. Spindle A. Cell allocation in preimplantation mouse chimeras / / J. Exp. Zoo l .—1982 .—219 .—P. 361—367 . 28. Howlett S. K. The effect of inhibiting DNA replication in the one-cell mouse embryo / / Roux's Arch. Develop. Biol.— 1986.—195.—P. 499—505 . 29. Kidder G. M., McLachlin J. R. Timing of transcription and protein synthesis underlying morphogenesis in preimplantation mouse embryos / / Develop. B io l .—1985 .—112 .—P. 265— 275. 30. McGrath J., Solter D. Nucleocytoplasmic interactions in the mouse embryo / / J. Embryol. Exp. Morph. —1986 .—97 , Suppl.—P. 277—289. 31. Clegg К. В., Ріко L. Quantitive aspects of RNA synthesis and polyadenylation in 1- cell and 2-cell mouse embryos / / Ibid.—1983.—74 — P . 169—182. 32. Kasuya M., Masayuki A., Naomi N. et al. Onset of paternal gene activation in early mouse embryos fertilized with trans­ genic sperm / / Мої. Reprod. Deve lop .—1994 .—39, N 2 .— P. 136—140. 33. Bolton V. N., Oades P. J., Johnson M. H. The relationship between cleavage, DNA replication and activation of transcrip­ tion in the mouse 2-cell embryo / / J. Embryol. Exp. Morph.— 1984.—79.—P. 139—163. 34. Braude P. R. Time-dependent effects of «-amanitin on blas­ tocyst formation in the mouse / / Ib id .—1979 .—52.—P. 193— 202. 35. Watson A. J., Kidder G. M. Immunofluorescence assessment of the timing of appearance and cellular distribution of Na/K- ATPase during mouse embryogenesis / / Develop. Biol.— 1988 .—126.—P. 8 0 — 9 0 . 98 36. Watson A. J., Damsky С. Kidder G. M. Differentiation of an epithelium: Factors affecting the polarized distribution of Na ,K -ATPase during mouse embryogenesis / / Ibid.— 1990 —141 — P . 104—114. 37. Watson A. /., Pape C, Emanuel J. R. et ai Expression of Na*,K + -ATPase a and ft subunit genes during preimplantation development of the mouse / / Develop. Genet .—1990 .—11.— P. 41—48. 38. MacPhee D. J.t Barr K. J., DeSousa P. A. et ai Regulation of Na + , K*-ATPase a subunit gene expression during mouse preimplantatin development / / Develop. Biol .—1994.—162.— P. 259—266 . 39. Dardik A., Schultz R. M. Blastocoel expansion in the pre­ implantation mouse embryo-stimulatory effect of TGF-a and EGF / / Development .—1991.—113.—P. 919—930. 40. Evsikov S. V., Morozova L. M.t Solomko A. P. The role of the nucleocytoplasmic ratio in development regulation of the early mouse embryo / / Development .—1990.—109.—P. 323—328. 41. Уоддингтон К. X. Организаторы и гены.— М.: Гос. Изд. Иностр. Лит., 1947 .—240 с 42. Waksmundska М., Krysiak Е., Karasiewicz J. et ai Auto­ nomous cortical activity in mouse eggs controlled by a cytoplas­ mic clock / / J. Embryol. Exp. Morph.—1984.—79.—P. 77— 96. 43. Evsikov S. V., Evsikov А. К Preimplantation development of manipulated mouse zygotes fused with the second polar bodies: a cytogenetic study / / Int. J. Develop. Biol .—1994.—38.— P. 725—730 . 44. Евсиков А. В., Евсиков С. В. Изучение первого и второго полярных телец в оогенезе мыши / / Онтогенез.—1995.— 26, № 3 .—С. 196—200. 45. Evsikov S. V. Embryo viability and the timing of blastocoel formation depend on the nucleocytoplasmic ratio of the recon­ structed mouse embryos / / Proc. of the Congr. of the Eur. Develop. Biol. Organisation.—Toulouse, 1995.—P. 127. 46. Wakasugi N., Tomita Т., Kondo K. Differences of fertility in Р Е Г У Л Я Т О Р Н Ы Е М Е Х А Н И З М Ы М О Р Ф О Г Е Н Е З А МЫШИ reciprocal crosses between inbred strains of mice: DDK, KK, and NC / / J. Reprod. F e r t — 1 9 6 7 . — 1 3 . — P . 41—50. 47. Wakasugi N. A genetically determined incompatibility system between spermatozoa and eggs leading to embryonic death in mice / / Ibid.— 1974 .—41.—P. 85-^96 . 48. Babinet C , Richoux V., Guenet J.-L., Renard J.-P. The DDK inbred strain as a model for the study of interactions between parental genomes and egg cytoplasm in mouse preimplantation development / / Development.—1990, Suppl.—P. 81—87. 49. Renard J.-P., Baldacci P., Richoux-Duranthon V. et ai A maternal factor affecting mouse blastocyst formation / / Ibid.— 1994.—120.—P. 797—802 . 50. Barton S. C , Surani M. A. #., Norris M. L. A Role of paternal and maternal genomes in mouse development / / Nature .—1984.—311.—P. 3 7 4 — 3 7 6 . 51 . Surani M. A. H., Barton S. C , Norris M. L Development of mouse eggs suggests imprinting of the genome during game- togenesis / / I b i d — 1 9 8 4 — 3 0 8 . — P . 5 4 8 — 5 5 0 . 52. Feil R., Walter J., Allen N. D., Reik W. Developmental control of allelic methylation in the imprinted mouse Jgf2 and H19 genes / / Development .—1994.—120.—P. 2933—2943 . 53 . Шпат К. E., Doherty A. S., Scott C. D., Schultz R. M. Igf2r and Igf2 gene expression in androgenetic, gynogenetic, and parthenogenetic preimplantation mouse embryos: absence of regulation by genomic imprinting / / Genes and Develop.— 1994.—8, N 3 .—P. 290—299 . 54. Szabo P., Mann J. R. Expression and methylation of imprinted genes during in vitro differentiation of mouse parthenogenetic and androgenetic embryonic stem cell lines / / Development.— 1994 .—120.—P. 1651 — 1660. 55. Lau M. M. H.f Stewart С. E. #., Liu Z. et ai Loss of the imprinted IGF2/cation-independent mannose 6-phosphate re­ ceptor results in fetal overgrowth and perinatal lethality / / Genes and Develop.—1994.—8, N 2 4 . — P . 2953—2963 . УДК 591 Поступила в редакцию 28.08.96 99

Ähnliche Einträge