Реферат: Роль цитоскелета в регуляции раннего развития зародыша
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
БиологическийфакультетРОЛЬ ЦИТОСКЕЛЕТА В РЕГУЛЯЦИИ РАННЕГО РАЗВИТИЯ ЗАРОДЫША
(на примере целлюляризациибластодермы Drosophilamelanogaster)
студента5 курса КОВАЛЬЧУКА К.В.Минск 2005г.
<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">Развитие животных связано с интенсивными морфологическими изменениямиотдельных клеток и целых тканей. Обычно эти изменения осуществляются принепосредственном участии цитоскелета. Примером участия цитоскелета в регуляциираннего развития зародыша является ранняя фаза эмбриогенеза Drosophilamelanogaster, характеризующаяся наличием процессацеллюляризации бластодермы.
В процессе развития зигота Drosophila подвергается 13синхронным делениям, при этом происходит толькоделение ядер, а цитоплазма остаётся общей. Образуется сентициальныйэмбрион с примерно 6000 ядер, большинство которых располагается в поверхностномслое цитоплазмы. Во время интерфазы цикла 14происходит целлюляризация бластодермы – цитокинез,превращающий монослой синтициальныхядер в монослойный столбчатый эпителий. В данномпроцессе выделяют две фазы: медленную и быструю. Во время медленной фазыпроисходит инвагинация мембраны радиально между ядрами. Когда образовавшиесяборозды, углубившись, достигают уровня основания ядра, начинается быстрая фаза.Во время неё происходит смыкание мембран борозд под ядрами, ограничивающееклетки с базальной стороны.
Решающую роль в процессе целлюляризации играют элементы цитоскелета,такие как микротрубочки, актин, миозин. В начале цикла 14 из пары центросом, находящихся на апикальном конце будущих клеток,формируются длинные микротрубочки и их плюс-концыудлиняются внутрь зародыша. Одновременно у переднего (внутреннего) края бороздыначинают концентрироваться актиновые филаменты, вместе с миозином образующие актомиозиновый сократительный аппарат в виде гексагональнойструктуры вокруг ядра.
Выявлено ряд генов, кодирующих белки цитоскелета, а также белкисвязывающиеся с цитоскелетом (они обеспечивают связьдругих компонентов клетки с цитоскелетом, регулируютего сборку/разборку и пространственную организацию и т.п.), вовлечённых вданный процесс:
гены zip, sqh,jar кодируют миозины;
chic, tsr,anillin,dia– кодируют актин- связывающие белки
dah — кодирует мембрансвязывающий белок DAH, который предположительно связывает актиновые филаменты с инвагинирующей мембраной
nuf– кодирует белок, который участвует в доставке актина и DAH в область инвагинациимембраны путём мембранного транспорта по микротрубочкам.
Образовавшиеся актомиозиновые гексагоны связаныдруг с другом и образуют сеть на всей поверхности эмбриона. В обеспеченииправильной организации и структурной целостности гексагонов участвуют продуктыгенов nullo,sry-α и bnk. В течение медленной фазыгексагоны вместе с лидирующим краем борозды продвигаются внутрь зародыша,углубляя борозду. Углубление борозд обеспечивается, по-видимому, несколькимипроцессами.
Во-первых, в процессе целлюляризации в цитоплазматическую мембранувстраиваются везикулы (поставляя новые мембраны) и отдельные компонентымембран. Данные везикулы поступают от комплекса Гольджипредположительно с участием моторных белков (таких, как динеины,кинезинподобные белки). Транспорт везикул происходитот плюс-конца микротрубочек (для прикрепления везикулк плюс-концам требуется белок CLIP-190) к их минус-концу.Собственно сам процесс встраивания мембран и их компонентов в мембрану в районеборозды должен приводить к дальнейшему её углублению.
Кроме того, процесс углубления борозд внутрь эмбриона, помимо работы актино-миозинового аппарата и встраивания новых мембран,по-видимому может обеспечиваться также работой моторных белков, обеспечивающихдвижение к плюс-концу микротрубочек (например,некоторыми кинезинами).
Когда образовавшиеся борозды углубившись достигают уровня основания ядраначинается быстрая фаза. Во время быстрой фазы форма гексагонов меняется накольцевую, борозды ещё больше углубляются, а диаметр колец постепенноуменьшается до полного их смыкания. Возможно, решающую роль в регуляциидиаметра гексагонов принадлежит белку Bnk. Предполагается, что вмедленной фазе белок Bnk связывает актиновые гексагоны, чем препятствует ихсокращению. При достижении углубившимися бороздами уровня основания ядра Bnkдеградирует и начинается быстрая фаза – гексагоны отделяются друг от друга исокращаются, замыкая клетки с базальной стороны.
Перестройка цитоскелета во время целлюляризации представляет собой строгорегулируемый процесс, в частности выявлено, что существенную роль в регуляциииграют белки Rho1 и Cdc42.
Rho1представляет собой ГТФазу, G-белок, который контролируетполимеризацию актина и сокращение актомиозиновогокомплекса. В связанном с GDPсостоянии Rho1не активен; он активируется при замене GDP на GTPфакторами обмена гуаниновых нуклеотидов(белки RhoGEF).Предполагается, что Rho1 регулирует сборку актина через актинсвязывающийбелок Dia.Данный белок влияет на работу профилина, являющегосярегулятором полимеризации актина. Также Rho1 влияет на работу киназы Drok, ингибирующейактивность белка MBS. MBS представляет собой фосфатазу лёгкой цепи миозина; ингибированиеэтой фосфатазы приводит к изменению конформации миозина и сокращению актомиозинового комплекса.
Другим регулятором перестройки цитоскелета в процессе целлюляризацииявляется киназа Cdc42, чьё действие на цитоскелет противоположно действию ГТФазы Rho1.
В целом на данный момент выявлено более двух десятков генов, чьи продуктывовлечены в процесс целлюляризации бластодермы Drosophilamelanogaster. Тем не менее, детальное описание функцийбольшинства из них отсутствует.
Литература.
1. Mazumdar,A., M. Mazumdar. How one becomes many: blastoderm cellularization in Drosophila melanogaster.Bioessays. 2002. 24:1012–1022.
2. M. Padash Barmchi, S. Rogers, U. Hacker. DRhoGEF2 regulates actinorganization and contractility in the Drosophilablastoderm embryo. J. CellBiol. 2005. 168(4): 575 — 585.