Павел Бородин - Кошки и гены

Сколько будет клеток одного или другого типа, решает случай. Судите сами: для каждой клетки вероятность того, что у нее будет инактивирована отцовская Х-хромосома, равна 1/г- Если группа стволовых клеток, нацеленных на создание данного типа тканей, велика, то по закону больших чисел мы можем ожидать, что половина всех клеток в этой ткани у взрослого животного будет иметь инактивированной отцовскую хромосому, а другая половина — материнскую. В том же случае, если эта группа малочисленна — в пределах десятка клеток, — возможны самые

разные соотношения типов клеток во взрослом организме. Может быть даже такая ситуация, что во всех клетках данной ткани будет инактивирована одна и та же Х-хромосома, допустим, материнская.

Каково будет взаимное расположение клеток, принадлежащих к одному клону? Будут ли они располагаться тесной кучкой или смешаются с представителями других клонов? Здесь все зависит от того, о какой ткани идет речь. Клетки некоторых тканей вынуждены мигрировать довольно далеко от того места, где они формируются. В таких случаях перемешивание становится более вероятным.

Наличие разных клеточных клонов у самок очень ярко выявляется на гетерозиготах по мутациям генов, локализованных в Х-хромосоме. У кошек такая мутация есть. Это мутация рыжей окраски. Ее номенклатурное название Orange (символ О).

Проследим за судьбой зародыша женского пола. Он имеет две Х-хромосомы. В одной из них, полученной, например, от отца, находится ген рыжей окраски О, а в другой, полученной от матери, его нормальный аллель о. В момент дифференцировки клеток, потомки которых затем будут заняты синтезом пигментов, в каждой из них случайно инактивируется или одна, или другая X- хромосома. Это довольно небольшая группа клеток: около двухтрех десятков. Но они дают начало тысячам пигментных клеток — меланоцитов. Каждый из меланоцитов будет иметь в инактивированном состоянии именно ту из Х-хромосом, которая инактивировалась в стволовой клетке-родоначальнице.

Меланоциты, в которых активна хромосома, имеющая мутантный аллель, будут синтезировать только желтый пигмент. Меланоциты, несущие в активном состоянии хромосому с нормальным аллелем, произведут оба пигмента, желтый и черный. Волоски, которые снабжаются пигментами из меланоцитов первого типа, будут рыжими, а остальные — серыми. Вся кошка в итоге будет мозаичной, или черепаховой.

Соотношение размеров и степень перемешивания серых и рыжих пятен чрезвычайно разнообразны. Здесь все строится опять-таки на игре случая.

Объясняя феномен черепаховой окраски, мы шли от механизма инактивации. Наука же двигалась обратным путем. Механизм инактивации был придуман для объяснения феномена черепаховой окраски. Затем он был подтвержден целым рядом генетических, цитологических и биохимических экспериментов. Честь открытия этого механизма принадлежит английской исследовательнице Мэри Лайон. Поэтому в научной литературе инактивацию одной из Х-хромосом у самок называют лайонизацией.

Вернемся, однако, к судьбе кошачьего зародыша, которого мы бросили на стадии закладки стволовых клеток.

Зачаток нервной системы — нервная трубка — формируется из парных складок, которые возникают на спинной стороне эмбриона. Из нее затем образуется головной и спинной мозг с периферической нервной системой.

Рассмотрим кратко мутации, которые нарушают развитие нервной системы. Их довольно много. И это понятно. Нормальное

функционирование нервной системы более, чем любой другой системы организма, зависит от точности взаимодействия составляющих ее элементов. Самые незначительные дефекты в функции генов, которые активны даже в локальной группе нейронов, могут приводить к существенным нарушениям поведения.

У кошек обнаружен доминантный ген Cerebellar ataxia (символ ЛС). Эта мутация приводит к повреждению структуры нейронов мозжечка: мозжечок оказывается гораздо меньше, чем должен быть в норме. Это влечет за собой нарушение координации движений. Дефект никак не проявляется, когда котенок отдыхает, но стоит ему подняться на ноги, как сразу бросается в глаза неуклюжесть его походки. Ноги как бы идут в разные стороны, и котенок часто падает. Иногда наблюдается дрожание головы. Из- за этого прием пищи становится для бедного котенка серьезной и часто неразрешимой проблемой: он не может ухватить кусок, а если пытается лакать молоко, то часто захлебывается, потому что его нос оказывается погруженным в жидкость. Эти нарушения, бывает, проходят со временем, а иногда сохраняются на всю жизнь. Тип наследования их не вполне ясен. Но скорее всего наследование идет по доминантному типу. То есть для проявления эффекта достаточно одной дозы мутантного аллеля..

К гораздо более тяжелым последствиям приводит мутация Tremor (символ tr). Это — рецессивная мутация. Она проявляется только в том случае, если получена от обоих родителей. У гомозигот по этой мутации дрожание тела наблюдается постоянно и часто переходит в тяжелые судороги. Механизм действия аллеля tr неизвестен. Показано, однако, что мозжечок у пораженных котят не изменен.

Известна рецессивная мутация, вызывающая водянку мозга. Hydrocephalus (символ hy). Котята рождаются с очень крупной, как бы распухшей головой. Часто у них наблюдаются при этом такие дефекты, как волчья пасть и заячья губа. Это нарушение несовместимо с жизнью.

Описанные выше аллели, по-видимому, активны только в нервных клетках и ведут к тяжелым нарушениям развития нервной системы.

Однако кроме генов, активных только в специфических типах клеток, есть гены, которые работают во всех клетках без исключения. Это так называемые гены домашнего хозяйства. Это — не моя метафора. Гены домашнего хозяйства — принятый в науке термин для обозначения генов, которые отвечают за синтез ферментов, необходимых каждой клетке не для выполнения ее функции в организме, но для ее собственной жизни, для внутренних нужд. Это ферменты, которые обеспечивают питание, дыхание клетки и другие фундаментальные процессы.

Дефекты в генах домашнего хозяйства, если они достаточно серьезны, могут приводить к гибели эмбриона на самых ранних этапах эмбрионального развития. Менее значительные дефекты или дефекты в менее важных генах домашнего хозяйства иногда не сказываются на развитии целого организма, а приводят к нарушениям только в отдельных типах клеток, для которых оказывается важным тот путь метаболизма, который при данной

мутации поврежден.

Рецессивная мутация по гену beta-palactosidase, ответственному за синтез фермента бета-галактозидазы [символ -р-даО ведет к прогрессирующему нарушению функции нервной системы, связанному с дегенерацией нейронных сетей. Заболевание проявляется в возрасте 4 месяцев. Возникает дрожательный паралич головы и лап. К 8 месяцам наступает полный паралич. К 12 месяцам развиваются эпилептоидные судороги и слепота.