Созревание ооцита развертывается как строго направленное, последовательное формирование гетерогенности его цитоплазмы, получившее наименование ооплазматической сегрегации - процесса, в ходе которого намечается план строения будущего организма. Этот план материализуется на основе градиентного распределения биологически активных веществ, доказательством чего, в частности, является постепенное падение концентрации РНК и белков в направлении от анимального полюса к вегетативному. Если экспериментально разрушить анимальновегетативный градиент (например, центрифугированием) и добиться равномерного распределения РНК, белков и других веществ в цитоплазме, то развитие зародыша останавливается в самом начале.

При другом типе разрушения - расчленении существующего в ооците дрозофилы анимально-вегетативного фадиента на 2 самостоятельных, возникает зародыш с двумя системами осевых органов.

Ооплазматическая сегрегация обусловлена положением ооцита в материнском организме. Яйцо дрозофилы созревает в особой камере - фолликуле. Из одного оогония в результате четырех делений, характеризующихся высокой степенью упорядоченности, формируются 16 клеток, которые остаются связанными друг с другом кольцевыми каналами. Ооцитом становится та клетка, которая занимает задний конец яйцевой камеры. Остальные 15 превращаются в огромные питающие клетки.

Именно в них активны так называемые гены с материнским эффектом, т.е. функционирующие в организме матери еше до оплодотворения яйца: bicoid, exuperantia, swallow, nanos u pumilio. Их взаимоотношения подробно разбирались в гл. 5. При экспериментальном изучении транспорта мРНК-транскрипта гена bicoid, показано наличие для нее четко выраженного анимально-вегетативного фадиента: мРНК гена bicoid накапливается тем концом ооцита, который должен стать передним полюсом эмбриона.

Все пять вышеперечисленных генов составляют систему, обеспечивающую формирование передне-заднего фадиента. Продукты этих генов принято называть морфогенами. Помимо них, важную роль в формировании плана строения будущего организма дрозофилы играет ген hunchback, активно функционирующий не только в материнском геноме, но и у зиготы. Мутанты, гомозигот ные по hunchback, детальны и схожи с мутантами bicoid по утрате передних структур. Продукт гена hunchback блокирует развитие хвостового конца, чему в ходе нормального развития противостоит продукт гена nanas, локализующийся у заднего полюса яйца.

Кроме того, в ооците существует система, контролирующая формирование дорсо-вентрального градиента. Она включает функционирующие в фолликулярных клетках гены torpedo, pipe, nudel, windbeutel, в результате чего происходит обмен не идентифицированными сигналами между фолликулярными клетками и вентральной областью ооцита. После оплодотворения экспрессируются шесть генов, из которых snake и easier, кодирующие сериновые протеазы, активируют ген spatzle. Но ведущая роль в детерминации дорсо-вентральной полярности принадлежит гену toll, активность которого, опосредованная генами pelle и cactus, обеспечивает формирование градиентного распределения белкового продукта гена dorsal, действующего как фактор транскрипции.

Наконец, третья система, состоящая из генов torso, tailless и huckebein осуществляет общий контроль над формированием градиентов при развитии несегментированных головного и хвостового конца. Причем в детерминации их анатомических границ особое значение имеет белок гена torso, расположенный на обоих полюсах яйца.

Таким образом, еще до формирования зиготы продукты материнских мРНК распределяются вдоль будущей оси эмбриона дрозофилы неравномерно, создавая определенные фадиенты разных морфогенов. Что касается ооцитов млекопитающих, то столь жестко фиксированная гетерогенность, по-видимому, им не свойственна. Так, согласно отдельным экспериментальным данным, в ооцитах мыши эмбриональные оси устанавливаются только с момента развития зиготы. Однако делать какие-либо заключения можно будет только после обнаружения продуктов генов, гомологичных описанным удрозофилы.

- Читать далее "Генетический контроль сегментации. Гены и процесс сегментации организма."