DSC00776

Rola nieodwracalnych przemian w genomie w determinacji różnicowania komórek

W przeciwieństwie do podanych uprzednio przypadków trwałości genomu w trakcie rozwoju, w odrębnych systematycznie grupach zwierząt (ale nie roślin) zachodzi bardzo wczesne zróżnicowanie genomu na komórki linii somatycznej, w której tworzy się wiele typów komórek, ale nigdy nie tworzą się komórki płciowe, oraz linię płciową, z której pochodzą gamety.

W niektórych przypadkach komórki obu tych linii mają zasadniczo różny zestaw chromosomów. Komórki tworzące linię płciową u wielu nicieni, stawonogów i w innych grupach zwierząt powstają z tylnego (wegetatywnego) bieguna jaja. Komórki tej linii powstają z komórek zawierających charakterystyczne, ale jeszcze słabo poznane składniki tzw. plazmy polarnej jaja. A więc nierównomierne rozmieszczenie składników cytoplazmy. takich jak składniki plazmy polarnej, bezpośrednio determinują losy powstałych blasłomerów. Jądra komórek zawierających plazmę polarną przechodzą typowe fazy replikacji DNA i mitoz aż do okresu różnicowania w gamety. Te jądra zawierają cały genom komórki wiernie przekazywany z pokolenia na pokolenie w trakcie rozwoju organizmu.

Komórki innych okolic jaja nie zawierających plazmy polarnej podlegają podziałom,podczas których pewna część chromosomów jest nieodwracalnie tracona. W wyniku takiego podziału różnicującego pozostaje czasem tylko kilka chromosomów, które stanowią odtąd wiernie reprodukowany genom linii somatycznej. Warto zauważyć, że w tej zachowanej somatycznej części genomu zawarte są wszystkie możliwości kontroli różnicowania się komórek, za wyjątkiem możliwości tworzenia gamet.

Różnicowanie się linii płciowej i somatycznej drogą odrzucenia części genomu jest tylko jednym przykładem tego typu zjawisk. U ssaków delecje pewnych sekwencji w obrębie genomu towarzyszą różnicowaniu komórek układu limfa tycznego, wtedy gdy powstają tzw. geny składane (patrz tab. 30.2 i rozdz. 31). W innych przypadkach mogą odbywać się transłokacje ruchomych odcinków w genomie oraz inne zmiany w samym kodzie genetycznym (patrz tab. 30.2).

Mogą również zachodzić takie zmiany w genomie, które nie naruszają linearnego układu sekwencji genów, a jednak wpływają zasadniczo na możliwości transkrypcji zawartej w nieb informacji. Istnieją co najmniej dwa typy tych zjawisk. Jednym jest metylowanie cytozyny in situ. gdy znajduje się ona w podwójnej helisie DNA, a drugą jest powstanie charakterystycznej struktury trójwymiarowej nici DNA zwanej Z-DNA (p. rozdz. 10). Ponieważ w cytoplazmic Eukaryom jak dotąd nie wykiyto istnienia enzymu zdolnego do demetylacji w DNA 5-metylo-2--deoksycytozyny, uzyskany wzór metylacji jest trwały w trakcie fazy spoczynkowej jąder. Natomiast w trakcie replikacji DNA obok zmetylowanej nici DNA powstaje nić komplementarna niezmetylowana. A więc stopniowa demetylacja genomu komórek może powstać przez kilkakrotny semikonserwatywny charakter replikacji nici zmetylowanych. Jeżeli jednak powstałe po podziałach komórki pozostaną dłużej w fazie spoczynkowej, w interfazie powoli zostaje odtworzony charakterystyczny wzór metylacji. Jak dotąd najlepiej zbadany jest wpływ metylacji DNA na regulację transkrypcji u myszy. Metylacja DNA ma wpływ na różnicowanie stanu aktywności jednego z dwóch chromosomów X u samic gryzoni. Przed ich zróżnicowaniem obydwa chromosomy X w zarodku mogą być metylowane przez metylazę I. Jednakże inicjacja metylacji na jednym z dwóch chromosomów X ma znaczenie determinujące i ten właśnie chromosom albo wyczerpuje pulę enzymu albo pulęsubstratu, w każdym razie pozostały chromosom X nie podlega już metylacji. Inaktywacja chromosomu X przebiega różnie:

w;

■iii

tajtła^P

pnsóżn

ilA

.Stlcżyjedn aadeiooy ot od jednej od

\

V

510