Генотип и среда в индивидуальном развитии



Скачати 480.85 Kb.
Сторінка1/3
Дата конвертації15.04.2016
Розмір480.85 Kb.
  1   2   3
Христианский Гуманитарно-Экономический Университет


РЕФЕРАТ

Студентки курса гуманитарного факультета

Учебная дисциплина: ПСИХОГЕНЕТИКА
Тема: ГЕНОТИП И СРЕДА В ИНДИВИДУАЛЬНОМ РАЗВИТИИ

Оценка:


______

г. Одесса



ПЛАН.

1.Введение.

2. Концепция нормы реакции и развитие

3. Как среда может взаимодействовать с генотипом в процессе развития?

4. Молекулярные аспекты развития

4.1. Фенотип на клеточном уровне

4.2. Транскрипция, трансляция и факторы, влияющие на эти процессы

4.3. Ранние гены и их роль в развитии

4.4. Гормоны и их роль в генетической регуляции

4.5. Регуляторная роль G-белков

5. Морфогенез нервной системы и факторы, влияющие на этот процесс

6. Роль эмбрионального и неонатального опыта в развитии поведения

7. Родительские эффекты в развитии

8. Заключение

9. Вывод

10. Литература



1. Введение.

Генетика поведения человека лишена возможности экспериментировать с объектом своего исследования и вынуждена пользоваться естественными "экспериментальными" ситуациями, имеющимися в природе и социуме (близнецы, приемные дети и т.п.), поэтому и изучение развития здесь ведется на популяционном уровне. Основная часть выводов генетики поведения носит статистический, популяционный характер, поскольку касается не реального взаимодействия генотипа и среды в процессе развития конкретного фенотипа, а имеет отношение к компонентам дисперсии фенотипов в популяции. Поэтому, говоря о природе генотип-средовых взаимовлияний в индивидуальном развитии, мы будем опираться не столько на данные генетики поведения человека, сколько на косвенные данные смежных дисциплин: генетики поведения животных, молекулярной генетики, эмбриологии, нейробиологии развития, физиологии и т.д.


2. Концепция нормы реакции и развитие

Когда на основании коррелирующего поведения у родственников популяционные генетики делают вывод о наследуемости признака, это не означает, что индивидуальное развитие данного поведения обусловлено исключительно генетическими причинами.


          Высокая наследуемость свидетельствует лишь о том, что разнообразие индивидов в популяции в значительной степени связано с генотипическими различиями между ними. Имеется в виду, что процент индивидов, обладающих данным признаком в популяции потомков, может быть предсказан, исходя из знаний о родительской популяции. Однако значение показателя наследуемости ничего не говорит о последовательности событий в индивидуальном развитии признака и о том, какой конечный фенотип будет результатом развития конкретного индивида. В этом смысле признак с высокой оценкой наследуемости не является детерминированным генотипом, хотя такие интерпретации часто встречаются даже в публикациях специалистов. Это совсем разные вещи - разделить источники вариативности в популяции на генетические и средовые или искать генетические и средовые причины, лежащие в основе онтогенетического формирования конкретных фенотипов.
Приведем пример с приемными детьми, которые попали на воспитание в семьи с более высоким социоэкономическим уровнем и оказались по своему абсолютному уровню умственного развития ближе к приемным родителям. В нашем идеальном примере все дети, перейдя из обедненной среды в обогащенную, дали определенный прирост интеллекта, то есть фенотип каждого ребенка улучшился за счет чисто средовых причин. Однако ранговые места детей сохранились в соответствии с их генотипами. Ребенок, который в обедненной среде демонстрировал самый высокий интеллект, и в обогащенной оказался выше всех по результатам, и наоборот. Эта схема демонстрирует как бы соотношение между данными популяционно-генетических исследований и индивидуальным развитием. В данном примере высокая наследуемость признака проявляется в сохранении ранговых мест детей, но вместе с тем признак не является жестко детерминированным генотипом в том смысле, что конечный фенотип может быть изменен под влиянием изменений в условиях среды. Таким образом, даже при 100%-ной наследуемости, как она понимается в генетике поведения, есть возможность для влияния среды на формирование признака в индивидуальном развитии. Такой подход и соответствует генетическим представлениям о норме реакции. Вспомним, что наследуется не признак, а именно норма реакции. Введение в определение нормы реакции понятия предела вполне объяснимо, поскольку в обычных стандартных условиях развития, действительно, генотипы ограничивают возможности развития фенотипов. Например, люди с хорошими генетическими задатками для развития интеллекта при прочих равных всегда будут опережать людей с плохими задатками. Считается, что среда может сдвигать конечный результат развития, но в пределах диапазона, который генетически детерминирован. Но, в действительности, это ложная посылка, поскольку мы никогда не можем быть уверены, что признак достиг максимального развития, возможного для данного генотипа. Характер фенотипических проявлений генотипа не может быть протестирован для всех возможных сред, поскольку они неопределенно вариабельны. В отношении человека мы не имеем возможности не только произвольно контролировать параметры среды, в которой происходит развитие, но часто, анализируя средовые влияния на признак, затрудняемся даже в выборе тех параметров, сведения о которых необходимо получить, особенно если речь идет о поведенческих характеристиках.
          Современная психобиология развития поставляет все больше данных о значительных возможностях среды, в частости раннего опыта, в том числе эмбрионального, влиять на активность генов и структурное и функциональное формирование нервной системы. Таким образом, если в традиционной среде создается иллюзия того, что существуют пределы для формирования фенотипа, то мы не можем быть уверены, что развитие, в процессе которого генотип будет подвергаться необычным, нетрадиционным воздействиям, не приведет к возникновению таких особенностей поведения, которые в обычных условиях при данном генотипе были бы невозможны. Поэтому более правильно считать, что пределы фенотипа непознаваемы.


3. Как среда может взаимодействовать с генотипом в процессе развития?

          Для нас вполне привычной является формулировка, в которой утверждается, что проявление фенотипа является результатом взаимодействия генотипа со средой в процессе развития. Однако если вдуматься в это утверждение, оно не покажется столь очевидным. Ведь взаимодействие предполагает, что его участники вступают в контакт, соприкасаются. На самом деле наш генотип, то есть генетический аппарат, спрятан глубоко внутри клетки и отделен от внешней среды не только покровами тела, но и клеточной и ядерной оболочками. Как же внешняя среда может взаимодействовать с генетическими структурами?


          Ясно, что гены и окружающий мир непосредственно не соприкасаются. С внешней средой взаимодействует организм в целом; гены же взаимодействуют с различными биохимическими субстанциями внутри клетки. А вот различные клеточные субстанции могут испытывать влияние внешнего мира. Рассмотрим, что известно об этих процессах сегодняшней науке. Для этого снова придется обратиться к молекулярной генетике и более подробно рассмотреть, как функционируют гены, поскольку в предыдущем изложении мы лишь констатировали, что главной функцией гена является кодирование информации, необходимой для синтеза специфического белка.
4. Молекулярные аспекты развития

4.1. Фенотип на клеточном уровне



В настоящее время подчеркивается, что необходимо разделять роль ДНК в передаче наследственной информации и в функционировании клетки (Michel G.F., Moore C.L., 1995). Первая обеспечивается способностью ДНК к точной репликации и существованием клеточных механизмов для попадания этих репликаций в гаметы. Вторая имеет непосредственное отношение к тому, что изучается как взаимоотношение между геном и признаком.
          По мере того как быстроразвивающаяся молекулярная генетика интенсивно накапливает данные, взгляд на ДНК как на некий код для хранения информации о признаке все более меняется. Когда исследуются детали функционирования клетки, оказывается, что существует множество промежуточных ступеней между ДНК и признаком, и множество агентов являются участниками превращения генетической информации в признак. ДНК является лишь одним из многих звеньев в динамической иерархически организованной системе.
          Для психолога понятие "фенотип" обычно ассоциируется с понятием анатомического или поведенческого признака. Среда для психолога включает различные факторы вне организма. Это и физическая среда (различные виды энергии, материальные объекты), и социальная среда (социальное окружение). Для генетика же среда есть все внешнее по отношению к генам, или ДНК. В этом смысле среда в первую очередь включает различные химические субстанции, продуцируемые клеткой или ее окружением, а также продукты метаболизма переваренной пищи. В свою очередь, понятие "фенотип" для молекулярной генетики ассоциируется с фенотипом клетки, а именно, ее белками.
          Белки являются наиболее важными физико-химическими субстанциями внутри клетки, обеспечивая ее структурные элементы и выполняя роль катализаторов и регуляторов всех аспектов жизнедеятельности клетки. Белки являются крупными молекулами, составленными из скрученных волокон, называемых полипептидами. Полипептиды составлены, в свою очередь, из рядов различных аминокислот. Типы, количество и последовательность аминокислот в белках определяют их физико-химическое строение и другие особенности. Эти особенности определяют функциональную роль белка (структурный белок, фермент, регулятор и т.д.).
          Генетический код, о котором мы говорили при изложении основ общей генетики, обеспечивает четкую параллель между последовательностью нуклеотидов в ДНК и последовательностью аминокислот в полипептиде. Мы уже знаем, что кодон - это три нуклеотида (триплет), кодирующие одну аминокислоту. Одна и та же аминокислота может кодироваться более чем одним кодоном. Например, кодон ГГЦ (гуанин, гуанин, цитозин) кодирует аминокислоту глицин. Эта же аминокислота кодируется еще тремя кодонами. Четыре нуклеотида, взятые по три, дают 64 сочетания. Большинство кодонов (61 из 64) кодируют аминокислоты. Оставшиеся три используются, чтобы отмечать конец кодируемой последовательности в гене.
          Генетический код был сначала исследован на прокариотах (доядерных организмах), в частности, бактерии Escherichia coli. У этих организмов порядок кодонов в молекуле ДНК точно определяет порядок аминокислот в полипептидной цепи и соответственно вид белка, который продуцируется. В результате этих исследований ген был определен как участок ДНК, содержащий основную последовательность для кодирования белка плюс коды начала и конца.
          Как мы уже упоминали раньше, такие простые взаимоотношения между последовательностью кодонов и последовательностью аминокислот, которые наблюдаются у прокариот, в целом не применимы для эукариот (к ним относятся и все многоклеточные организмы), у которых в молекуле ДНК имеются кодирующие (экзоны) и некодирующие (интроны) последовательности. Перед тем кaк кодирующая последовательность будет использована для синтеза белка, интроны должны быть удалены. Открытие кодирующих и некодирующих последовательностей у эукариот привело к тому, что предложенное ранее определение гена пришлось усложнять с учетом новых данных.
4.2. Транскрипция, трансляция и факторы, влияющие на эти процессы

Мы знаем, что ДНК находится в ядре клетки, а синтез белка происходит на рибосомах, находящихся в цитоплазме. Какие же молекулярные процессы имеют место при синтезе белка? Один из таких процессов называется транскрипцией и осуществляется с помощью другой нуклеиновой кислоты, которая носит название рибонуклеиновой (РНК). РНК представляет собой, так же как и ДНК, цепочку нуклеотидов, однако углеводным компонентом является рибоза, а одно из азотистых оснований ДНК - тимин - заменено на другое - урацил.


          В клетках эукариот транскрипцию осуществляет специальный фермент РНК-полимераза II. Молекула полимеразы прикрепляется к стартовой последовательности ДНК (промотору) и, двигаясь вдоль нити ДНК, начинает строить молекулу РНК по тому же принципу шаблона, который используется для дупликации ДНК. По достижении другого специфического участка ДНК - сигнала терминации - полимераза отделяется и высвобождает новосинтезированную молекулу РНК, которая носит название информационной, или матричной (мРНК). Эта одноцепочечная мРНК является копией ДНК и содержит код для последовательности аминокислот в белке, кодируемом данным участком ДНК. Затем мРНК перемещается из ядра в цитоплазму клетки к рибосомам, где на ее основе происходит построение полипептидных цепей, или трансляция.
          На ход транскрипции и трансляции могут влиять другие белки, относящиеся к регуляторным. Белки, влияющие на транскрипцию (факторы транскрипции), являются гетерогенной группой белков, которые либо путем активации, либо путем ингибирования регулируют экспрессию гена, то есть ту степень активности, с которой ген участвует в синтезе специфического для него белка. Факторы транскрипции определяют, будет ли, и в какой степени, ген экспрессирован.
          Для транскрипции у эукариот, в связи с существованием экзонов и нитронов, характерно включение в процесс дополнительного этапа редакции мРНК. Первоначальная транскрипция РНК включает считывание как кодирующих, так и некодирующих участков (формируется незрелая мРНК). Затем она должна быть трансформирована в зрелую мРНК, которая не имеет некодирующих фрагментов. Такая редакция осуществляется с помощью специального клеточного механизма, который носит название сплайсинга. Если что-то мешает сплайсингу, то незрелая мРНК становится нестабильной и исчезает из клетки. По количеству и разнообразию стабильной мРНК можно судить о разнообразии и степени активности генов, синтезирующих белки.
          Интересно, что сплайсинг может осуществляться различными путями, что позволяет на основе одной незрелой мРНК создавать различные формы зрелой. Это так называемый альтернативный сплайсинг. Альтернативный сплайсинг регулируется факторами клеточной среды. Примером альтернативно сплайсируемого гена является ген, который кодирует либо кальцитонин, пептид, включенный в регуляцию кальция, либо один из нейрогормонов. Если процессинг незрелой мРНК осуществляется в нейронах, то первичный транскрипт преобразуется в мРНК, кодирующую нейрогормон. А в клетках щитовидной железы альтернативный сплайсинг того же предшественника приводит к образованию молекулы мРНК, кодирующей пептид кальцитонин. Таким образом, специфика ткани регулирует тот конечный продукт, который синтезируется на основе одного и того же гена. Следовательно, возникающий в результате клеточный фенотип не определяется однозначно кодом ДНК, а слагается под влиянием многих частей клеточного механизма. Так что формула "один ген - один белок" для многоклеточных организмов оказалась неверной. Альтернативный сплайсинг приводит к увеличению разнообразия продуктов, которые могут быть закодированы в одном гене.

Процесс трансляции осуществляется на рибосоме. В этом процессе участвует еще один вид РНК - транспортная РНК (тРНК). Транспортная РНК необходима, поскольку не существует прямой комплементарности между мРНК и аминокислотами. Транспортная РНК является посредником между мРНК и аминокислотами. В процессе сборки белка различают три стадии - начало, продолжение и окончание. Каждая из этих стадий также может регулироваться.


          После трансляции полипептидные цепи складываются в двух- и трехмерные структуры, образуя белки различной конфигурации. Форма зрелого белка определяет его функциональный особенности. На форму и, следовательно, на функции белка могут также влиять различные процессы, происходящие в клетке. Когда процесс синтеза белка закончен, конечный продукт должен быть транспортирован в определенное место внутри или вне клетки, где он начнет выполнять свою функцию. Этот процесс также подвержен регуляции.

          Среди всех органов тела мозг занимает первое место по числу активных генов. По некоторым оценкам, число различных молекул стабильной мРНК, продуцируемых в мозге и специфичных для этого органа, может быть около 150 000 (Changeux J.P., 1997). Однако, несмотря на такое многообразие экспрессирующихся в мозге генов, количество синтезирующейся в клетке мРНК многих мозгоспецифичных генов относительно невелико, транскрипция этих генов осуществляется на низком уровне. Для сравнения можно сказать, что в хрусталике глаза продуцируется всего около 3000 различных мРНК, но количество каждой из них достаточно велико, что говорит о высокой интенсивности транскрипции.


          Интересно оценить использует ли мозг, при таком высоком количестве активных генов всю ДНК, имеющуюся в хромосомах. Известно, что в оплодотворенной яйцеклетке мыши содержится 6x10-6 микрограмм ДНК. Если произвольно порезать эту цепь на сегменты (в соответствии с кодированием белка молекулярным весом 40 000), то получится примерно два миллиона таких сегментов. Максимальное число генов не может быть больше этого числа. Если учесть наличие некодирующих последовательностей и большого количества повторяющихся последовательностей, то структурные гены окажутся представлены лишь небольшой частью всей ДНК. На сегодняшний момент оценки максимального числа структурных генов очень приблизительны и для мыши составляют от 20 000 до 150 000. Последнее число сопоставимо с разнообразием мРНК, обнаруженным в мозге.
          Оценить количество генов, которые экспрессируются в мозге и неактивны в других тканях организма, можно экспериментально, создавая тканеспецифичные кДНКовые библиотеки. Первые работы по оценке мозгоспецифичных генов были сделаны на крысах. Было показано, что из приблизительно 100 000 генов, которые составляют весь геном крысы, около 60000 экспрессируются в клетках мозга, причем около половины этих генов транскрибируются только в мозге, а в других тканях эти гены "молчат". Н. Жао с сотрудниками провел анализ кДНК-библиотеки мозга человека. Оказалось, что из 2505 случайно выбранных рекомбинантных клонов библиотеки около половины имеют мозгоспецифическую экспрессию. Если учесть, что в результате альтернативного сплайсинга количество мозгоспецифических транскриптов еще более увеличивается, то получается, что почти каждый второй ген в геноме человека связан с обеспечением функций нервной системы.
          Таким образом, процессы, происходящие при считывании генетической информации с ДНК и при последующем синтезе белка, являются многоступенчатыми, и на каждой ступени возможна регуляция. Это означает, что между генотипом и фенотипом клетки не существует однозначного соответствия, а конечный результат целой цепи превращений зависит от динамических событий внутри и вне клетки. Регуляция определяет, будет ли ген экспрессирован, когда, где и в какой степени, какой белок будет синтезирован на основе данного гена, как он будет модифицирован и где будет локализован. Регуляция может происходить на любой ступени экспрессии гена, но в основном она происходит при процессах транскрипции. Здесь определяется, будет ли вообще осуществляться транскрипция, и если да, то с какой скоростью она будет происходить и какова будет ее продолжительность. Таким образом, большинство регуляторов - это факторы транскрипции.
          Из всех видов тканей наибольшее разнообразие клеток и клеточных продуктов представлено в нервной системе. Это может обеспечиваться двумя путями: либо каждая клетка экспрессирует лишь небольшую часть своего генома, либо она использует один и тот же набор генов различным образом (вспомним альтернативный сплайсинг). Возможно, в нервной системе используются оба этих механизма, каждый из которых требует высоких уровней регуляции .
          Некоторая часть процессов регуляции связана с формой самой хромосомы. Например, для млекопитающих характерно явление, которое называется инактивацией одной из двух X-хромосом у представительниц генетически женского пола. Оказывается, что одна из Х-хромосом в клетках тела женской особи плотно скручивается и превращается в так называемое тельце Барра. В таком видоизмененном виде очень мало генов X-хромосомы оказываются доступными транскрипции, и она функционально напоминает более мелкую Y-хромосому. Такая инактивация осуществляется случайным образом и, если аллели обеих Х-хромосом различаются, может возникнуть явление мозаичности, известное, например, для кошек, имеющих черепаховую расцветку.
          Регуляция может быть также связана с изменениями в хроматине. Дело в том, что молекула ДНК не существует сама по себе, а находится в структуре, именуемой хроматином. Эта структура включает также белки - гистонные комплексы, и свыше 90% ДНК обычно обернуто вокруг гистонных комплексов, образуя четкоподобные структуры, называемые нуклеосомами (примерно по 150-200 пар оснований в каждой нуклеосоме). Местоположение нуклеосом также может регулировать транскрипцию.

Большинство факторов транскрипции также являются белками, то есть продуктами трансляции. Это означает, что продукт, закодированный одним геном, может влиять на транскрипцию других генов, а иногда и того же самого гена. Следовательно, активность одной части генома может влиять на активность других его частей. Некоторые факторы транскрипции, экспрессированные генами, могут иметь широкое влияние на активность генома. Наибольшее внимание в этом отношении привлекают так называемые ранние гены (в английском варианте immediate early genes) и экспрессируемые ими продукты.


4.3. Ранние гены и их роль в развитии

Впервые ранние гены были идентифицированы в культуре ткани при исследовании механизмов активации генома в ответ на добавление в среду факторов роста, приводящих к клеточной пролиферации (увеличению массы клеток путем митоза) и дифференцировке. Эти исследования привели к открытию класса генов, которые активируются в течение нескольких минут после воздействия на клетки факторов роста, причем эта транскрипционная индукция происходит даже в том случае, если в среду добавлены ингибиторы синтеза белка. Оказалось, что эти гены кодируют ядерные белки, которые являются транскрипционными факторами и регулируют экспрессию других генов.


          Одними из первых в семействе ранних генов были идентифицированы гены c-fos и с-тус.
          Оказалось, что ранние гены широко распространены в живых организмах, причем один и тот же ген встречается у далеких в эволюционном отношении организмов. Это указывает на их важную биологическую функцию в нормальных клетках. Было показано, что ранние гены в условиях нормального функционирования характеризуются быстрой, но преходящей экспрессией в ответ на различные сигналы из внеклеточного пространства. Они способны реагировать на нейротрансмиттеры (передатчики нервных импульсов), на различные белковые факторы роста (например, фактор роста нервов). Таким образом, действие разнообразных экстраклеточных сигналов приводит к запуску в клетках систем вторичных мессенджеров (посредников) и активации различных транскрипционных факторов, способных взаимодействовать друг с другом и активировать синтез мРНК генов-мишеней, обеспечивая тем самым специфичность и разнообразие восприятия клеткой различных сигналов.
          Считается, что ранние гены и их продукты могут быть одним из механизмов, посредством которых осуществляется координация между онтогенетическими событиями в нервной системе и во внешней среде. Посредством участия ранних генов некоторая генетическая активность может концентрироваться в определенных клетках и координироваться с другими процессами, происходящими в нервной системе или во внешней среде.
Таким образом, опыт может регулировать молекулярную генетическую активность. Накопленные данные о механизмах экспрессии ранних генов позволили предположить, что они могут не только играть важную роль в развитии нервной системы, но и быть связанными с такими важными процессами, как обучение и консолидация памяти (то есть процесс перехода информации из кратковременной памяти в долговременную). Обобщая полученные результаты, можно выделить несколько основных свойств экспрессии ранних генов в мозге при обучении.          В последние годы были получены прямые доказательства участия ранних генов в механизмах обучения и формирования памяти. Современные методы молекулярной биологии позволяют специфично и обратимо блокировать экспрессию отдельных генов. Этого можно добиться, вводя в клетки короткие последовательности олигонуклеотидов, комплементарных участку мРНК интересующего гена. Связавшись с мРНК, такие антисмысловые (антисенс-) последовательности блокируют трансляцию, и в клетке не синтезируется белок данного гена.          Эти данные свидетельствуют о том, что ранние гены очень чувствительно реагируют на изменения во внешней среде и являют собой критическое звено в механизме воздействия среды и приобретаемого в результате этого индивидуального опыта над геном нервных клеток.    Таким образом, благодаря ранним генам даже краткие средовые сигналы могут быть преобразованы в каскад продолжительных событий, приводящих к изменениям внутри клеток и к межклеточным взаимодействиям. Тем самым ранние гены могут участвовать как в закладке нервной системы в эмбриогенезе, так и в ее пластических изменениях после рождения.    Помимо ранних генов, в регуляцию генной активности и межклеточного взаимодействия включены и другие продукты. Одними из них являются гормоны.
4.4. Гормоны и их роль в генетической регуляции

Гормоны являются одним из биологически активных соединений, которые также способны принимать участие в регуляции дифференциации и активности нервных клеток на генетическом уровне. Стероидные гормоны (эстроген, тестостерон, прогестерон и некоторые другие) являются жирорастворимыми молекулами, благодаря чему они могут свободно проникать через клеточные мембраны в цитоплазму и ядро клетки. Для регуляции клеточной активности гормон должен не просто проникнуть внутрь клетки, но еще связаться со специфическим внутриклеточным рецептором. Рецептор представляет собой молекулярный комплекс, имеющий область связывания с ДНК, область связывания с гормоном и область, отвечающую за регуляцию транскрипции. После связывания гормона со своим рецептором результирующий комплекс способен прикрепиться к акцепторным участкам на хроматине и регулировать транскрипцию. Регуляция может выражаться в том, будет ли происходить транскрипция, какова будет ее скорость и с какого участка, или сайта (сайту соответствует участок ДНК, представляющий одну пару нуклеотидов), она начнется.          Хотя стероидные гормоны и могут проникать во все клетки, но не все клетки, а только клетки-мишени имеют для них соответствующие рецепторы. Гормоны могут регулировать и свою собственную активность посредством процессов с обратной связью, которые регулируют число рецепторов в клетках-мишенях в сторону понижения или повышения. И у мыши, и у человека известны мутации, которые затрагивают структурные гены молекулярных рецепторов гормонов. Если такие мутации имеют место, то все ткани, включая мозг, становятся невосприимчивыми к действию соответствующего гормона.


          На продукцию и секрецию гормонов значительно влияет средовая стимуляция. Поэтому на генетическую активность в клетках-мишенях может влиять средовой опыт, который приводит к изменению содержания гормонов в организме. Это еще один путь влияния внешней среды на активность генов в развитии. Особенно интенсивно изучается влияние тестостерона на развитие нервной системы и поведения.
          Помимо специфических гормональных рецепторов, нейроны имеют еще один вид рецепторов, которые находятся на поверхности клеток и могут присоединять к себе гормоны, нейротрансмиттеры и нейромодуляторы - это так называемые G-белки.
4.5. Регуляторная роль G-белков

Многие гормоны, нейротрансмиттеры и нейромодуляторы влияют на активность нейронов с помощью специальных белковых рецепторных комплексов, имеющихся на поверхности клетки. Эти рецепторы были названы G-белками, поскольку они соединяются с внутриклеточным гуанозин-три-фосфатом (ГТФ). G-белки состоят из трех связанных с мембраной белков, которые называются альфа-, бета- и гамма-субкомпонентами. Когда рецептор активируется, альфа-субкомпонент связывается с ГТФ и отделяется от остальных субкомпонентов. Как альфа, так и бета-, гамма-субкомпоненты могут служить триггерами (то есть пусковыми механизмами) целых каскадов клеточных событий. Активированные G-белки способны влиять на проницаемость мембранных каналов, стимулировать высвобождение Са2+ из клеточных резервов, который, в свою очередь, может активировать Са2+- зависимые ферменты и запускать целый ряд других клеточных событий, которые могут непосредственно влиять на транскрипцию, трансляцию и посттрансляционные клеточные события в нейроне.


          Активированные G-белки имеют продолжительность жизни от секунд до минут. Затем происходит самоинактивация G-альфа, после чего он реаггрегирует с бета- и гамма-субкомпонентами и возвращается в исходное состояние.
          Таким образом, G-белки - это еще один путь влияния средовых событий на транскрипцию, трансляцию и посттрансляционные изменения в нервной клетке, который открывает возможности для влияния раннего опыта на структуру и функции нервной ткани.
Внешние средовые факторы могут влиять на активность ДНК и клетки в целом только через внутреннюю химическую среду организма. Это происходит благодаря существованию специальных, созданных эволюцией приспособлений, которые способны трансформировать факторы внешней среды в биохимические субстанции. Это специальные биологические преобразователи, которые превращают энергию внешней среды в химические компоненты. В нервной системе такие преобразователи представлены наиболее широко. Вспомним рецепторы и те события, которые происходят при возникновении и передаче нервных импульсов. Отсюда понятно, что говорить о какой-либо жесткой генетической запрограммированности развития нервной системы, а следовательно и поведения, не приходится. В различные периоды развития события во внешней среде могут вмешиваться, изменяя работу генетического аппарата, включая одни гены и выключая другие, или изменяя интенсивность их экспрессии.
5. Морфогенез нервной системы и факторы, влияющие на этот процесс

          Центральная нервная система состоит из огромного числа клеток, отличающихся высочайшей степенью дифференциации по сравнению со всеми другими тканями организма. Эти клетки образуют сложные функционально значимые связи между собой и с остальными органами и тканями. Клетки образуют скопления, популяции, обладающие специфической морфологией и функциями. То есть по мере развития складывается сложнейшая функциональная система организма. И вместе с тем все клетки, слагающие эту систему, обладают одним и тем же набором генов.

          Анатомические изменения в нервной системе координированы с подобными изменениями в остальном теле и с появлением функции. Эта координация осуществляется путем реципрокного взаимодействия между растущей нервной системой и остальными органами и тканями. В результате создается соответствие между структурой и функцией. В основе развития нервной системы лежат динамические процессы, идущие при участии внутренних и внешних по отношению к нейрону или нейронной популяции событий.
          События, связанные с развитием отдельной клетки, включают в себя рождение клетки, миграцию, дифференциацию, образование связей и возможную гибель на ранних этапах онтогенеза.

          Рождение. Увеличение числа нейронов происходит в результате митоза, который приводит к появлению новых клеток из уже существующих. У позвоночных большинство нейронов рождается на ранних стадиях развития в результате деления клеток неврального эпителия, который тянется вдоль нервной трубки. На 25-й день эмбриона человека нервная трубка еще открыта с обоих концов, но позже она замыкается, а в передней ее части образуются три пузырька, которые будут формировать головной мозг. Между 4 и 6 неделями жизни нервная система эмбриона человека напоминает нервную систему рыбы. Митотическое деление нервных клеток в этот период происходит настолько интенсивно, что через несколько месяцев их количество уже составляет несколько десятков миллиардов. Временами скорость деления достигает 250 000 клеток в минуту. Через 16-20 недель после оплодотворения деление нервных клеток, по-видимому, прекращается. Таким образом, количество нервных клеток достигает своего максимума задолго до рождения.


          Образование новых нейронов возможно и в постэмбриональный период, но это не является правилом. Конечное же число нейронов определяется не только процессами их рождения, но и процессами естественной гибели, которые являются важным элементом развития нервной ткани. Естественная гибель нейронов играет особенно существенную роль в морфогенезе нервной ткани у птиц и млекопитающих. По мере роста, дифференцировки и установления функциональных связей сверхпроизведенные нейроны, которые как бы не находят себе места в складывающейся функциональной системе, погибают. Гибель нейронов регулируется локальными условиями и является относительно поздним эмбриональным событием, обычно происходящим после формирования синапсов. В промежутке между своим рождением и решающим моментом, "жить ему или погибнуть", нейрон мигрирует к месту своей окончательной локализации, проходит дифференциацию и устанавливает свои первичные афферентные и эфферентные связи.

          Миграция. Большинство нейронов имеют место своей локализации на некотором расстоянии от места своего рождения. Так что миграция нейронов является обязательным и важным этапом нейронального развития. До сих пор является загадкой, как нейроны находят место своего окончательного назначения. Очевидно, главным источником информации по поводу миграции являются поверхности, окружающие клетку. Эти поверхности отличаются по своей адгезивности (то есть вязкости, способности склеивать клетки между собой), и именно это свойство, по-видимому, является наиболее важным для установления путей миграции. Градиент адгезивности заставляет нейрон передвигаться. Большая часть адгезивного субстрата для нейронов связана с другим важным типом клеток, представленных в нервной ткани, а именно с клетками глии. Например, при формировании коры большую роль играет радиальная глия, которая простирает отростки сквозь все развивающиеся слои коры вплоть до ее поверхности. По этим "дорогам" нейроны, образующиеся в глубинных слоях вблизи мозгового желудочка, скользят в более поверхностные слои коры. Однако существуют и другие "маршруты" для передвижения нейронов.


          Известно, что клетки коры мозга образуют шесть слоев. V взрослого слой I является самым поверхностным, а слой VI - самым глубоким. Зона деления нервных клеток находится еще глубже. Было бы естественно предположить, что по мере деления слои клеток накапливаются подобно осадочным породам, и более молодые клетки оказываются ближе к зоне деления. На самом деле случается обратное. Слой VI - самый глубокий - соответствует наиболее рано сформировавшимся клеткам, тогда как все остальные слои занимают свои места, проходя через все уже установившиеся слои, так что слой I соответствует самым молодым клеткам (рис. 9.7). Принципы умножения, миграции и размещения клеток в слоях, по-видимому, являются общими для всей коры, что позволяет предположить участие в этом процессе небольшого числа генов.
  1   2   3


База даних захищена авторським правом ©shag.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка