Николай Курчанов - Генетика человека с основами общей генетики. Учебное пособие

Экспрессия гена bcl-2 у человека, наоборот, блокирует программу апоптоза в опухолевых клетках. В настоящее время торможению апоптоза придается большое значение в процессе малигнизации клеток. В норме клетки регистрируют нарушения экспрессии генов, контролирующих деление, и в таких клетках включается программа апоптоза. При малигнизации такая регуляция нарушается. В этом случае апоптоз выступает как механизм защиты организма от клеток с генетическими нарушениями.

Однако при других заболеваниях человека (например, нейродегенеративных) происходит интенсификация физиологической гибели клеток.

Успехи геномики позволяют все более четко идентифицировать гены, влияющие на продолжительность жизни. За фундаментальные исследования апоптоза С. Бреннеру, Дж. Салтону и Р. Хорвицу была присуждена Нобелевская премия 2002 г.

Молекулярно-генетические механизмы онтогенеза во многом похожи у организмов разного филогенетического уровня и основываются на фундаментальных процессах активации и репрессии. Стартовым сигналом ко многим процессам развития служит позиционная информация яйцеклетки материнского организма.

В процессах детерминации и дифференциации, приводящим к многообразию клеток и тканей, ключевым фактором является дифференциальная экспрессия генов. У эукариот она носит многоуровневый характер. Гены, регулирующие развитие, представляют собой систему, организованную по иерархическому принципу. Активация одних генов включает экспрессию других, а регуляция экспрессии может происходить на любом уровне. Такая сложная морфогенетическая цепочка может быть запущена одним геном, который «включает» комплекс последовательных формообразовательных событий. Гены, запускающие такой «каскад», получили в биологии развития название «гены-господа» ( Master Genes ), а структурные гены последнего уровня – «гены-рабы» ( Slaves Genes ). Между ними располагаются многочисленные регуляторные гены, к которым принадлежат и гомеозисные. Существуют регуляторные гены, контролирующие гомеозисные гены, также как и гены, контролируемые ими. Дифференциальная экспрессия обеспечивается взаимодействием многих регуляторных генов. Схематично это можно представить следующим образом:

Гены «материнского эффекта» → «Гены-господа» → Система регуляторных генов → Структурные гены

Молекулярно-генетические механизмы онтогенеза весьма сложны, не все детали в настоящее время понятны. Эти сложности послужили причиной многочисленных спекуляций. В околонаучной среде с давних пор широкую популярность имеет понятие «биополе», подразумевающее внешний фактор развития организма неизвестной физической природы. В прежние времена концепцию «биополя» разделяли и некоторые ученые-эмбриологи. «Биополю» разные авторы приписывают различные функции, но одной из основных является функция формообразования.

Однако изучение морфогенетических закономерностей показывает, что формообразовательные процессы обусловлены спецификой последовательностей экспрессии разных генов, запускаемых обычно одним геном. Это лишний раз убеждает в необоснованности теории «биополя» как особого фактора онтогенеза. Формообразовательные процессы зависят от молекулярно-генетических процессов, так же как и другие онтогенетические процессы. Весьма наглядно демонстрируют это гомеозисные мутации.

Таким образом, мы можем видеть, что современная эмбриология столь тесно связана с генетикой, что фактически стала ее разделом. Успехи генетики формируют современный облик биологии развития. Однако не надо забывать и возможности других наук.

Фундаментальные законы мироздания в настоящее время неизбежно рассматриваются в рамках системного подхода. Вероятно, в природе существует единый способ построения сложных систем, обусловливающий все формообразовательные процессы, от молекулярного до организменного уровня.

Биологию развития ждут революционные открытия, которые, возможно, радикально изменят наши представления об онтогенезе.

Возникновение разнополых организмов в природе – это вопрос, порождающий многочисленные дискуссии. В 1862 г. Ч. Дарвин писал: « Мы не имеем даже маловероятного объяснения цели полового процесса…. ». Во времена Ч. Дарвина ничего не было известно о механизмах генетической рекомбинации. Но вот что мы можем прочитать у одного из ведущих эволюционистов современности спустя более века. Дж. Мейнард-Смит пишет: « Создается впечатление, что по вопросу пола от нас ускользает что-то самое главное » (Maynard Smith J., 1978). Вопросы вызывают, например, многочисленные исключения из классического полового процесса, имеющиеся даже у представителей высших систематических групп (гермафродитизм, закономерная инверсия пола у некоторых представителей в ходе онтогенеза, партеногенез и многое другое).

Мы никогда, видимо, не сможем с точностью сказать, как возник половой процесс в эволюции. Рассмотрим этапы формирования пола в онтогенезе. Здесь также имеется много загадок природы.

Принадлежность организмов к тому или иному полу часто является результатом сложного взаимодействия генетических, экологических, физиологических, а иногда и психологических факторов. Однако решающее значение имеет тот «выбор», который осуществляется при детерминации.

Детерминация пола– исходное направление развития организма в сторону мужского или женского пола вследствие определенных факторов.

У высших организмов генетическая детерминация обычно выражается мужским или женским кариотипом зиготы, образующимся в момент оплодотворения. Наблюдается несколько вариантов генетической детерминации пола, но наиболее общая тенденция – это различные сочетания половых хромосом у разных полов.

Варианты половых кариотипов в природе рассматривались нами ранее. Однако не сам половой кариотип является непосредственным фактором детерминации пола. Этим фактором служит стартовый сигнал, воспринимаемый «ключевым» геном. Одинаковые половые кариотипы могут участвовать в разных механизмах детерминации. Таких механизмов в природе встречается множество. У высших животных процессы формирования пола проходят более сложно, но единообразнее. Рассмотрим некоторые варианты детерминации пола.