Кошки и гены - Павел Бородин

Он рассказывал о своих экспериментах с яйцеклетками мыши. Маркерт удалял из оплодотворенной яйцеклетки хромосомы,

полученные от отца, заставлял оставшиеся материнские хромосомы удвоиться, и из таких яйцеклеток рождались нормальные мыши. Он показывал их фотографии! А тут вдруг мне говорят, что это невозможно!

Поэтому я обратился к иммунологу за персональными разъяснениями, благо мы сидели рядом. Конечно, теперь я понимаю, что поступил ужасно не по-английски. Так за общим столом себя не ведут. Но он любезно вошел в мое положение, сказал, что я понял его совершенно правильно, что открытие Маркерта не подтвердилось (по-английски это звучало «Боюсь, что оно не подтвердилось»). Но опровержение этой работы привело к очень неожиданным и интересным результатам.

Итак, чем занимался коллега моего застольного соседа доктор А. Серани? Он пытался получить партеногенетических мышат. Для этого он проводил микрохирургические операции на оплодотворенных яйцеклетках мыши.

Что представляет собой яйцеклетка мыши вскоре после оплодотворения? Внутри нее находится два ядра: гаплоидное ядро яйцеклетки, или материнский пронуклеус, и гаплоидное ядро сперматозоида, или отцовский пронуклеус. В тот момент, когда пронуклеусы лежат отдельно и не слились пока друг с другом, есть возможность тонкой пипеткой удалить один из них и заставить второй удвоиться. После всех этих процедур мы получаем оплодотворенную и тем самым индуцированную к развитию яйцеклетку, имеющую полный диплоидный набор хромосом (каждая хромосома, как и положено, присутствует в двух экземплярах). Но в отличие от нормальной оплодотворенной яйцеклетки, эта содержит хромосомы, полученные только от одного из родителей: только материнские, если мы удалили отцовский пронуклеус, или только отцовские. То есть, как видите, мы повторяем опыт Маркерта, о котором я вспоминал за рождественским столом.

Допустим, мы провели все эти процедуры корректно, ничего не повредив. Что будет с такой яйцеклеткой, если ее поместить в матку приемной матери? Она начинает развиваться. И на первых шагах это развитие будет протекать вполне нормально: эмбрион благополучно минует ранние стадии развития, успешно имплантируется в стенку матки. А вот когда уже половина эмбриогенезабудетпозади, такой однородительский

партеногенетический зародыш погибнет. Отчего? Чего ему не хватает для нормального развития до конца? Ведь он имеет полный набор хромосом, весь набор генов, тех же генов, что и зародыш, возникший нормальным путем. Может быть, это сказываются отдаленные последствия тех манипуляций, которые мы над ним проделывали: вынимали один пронуклеус, удваивали другой? Нет. Яйцеклетки, из которых сначала удалили, а потом вставили удаленный пронуклеус, развиваются до конца, из них получаются живые и нормальные во всех отношениях мыши. Чего же не хватает однородительским зародышам?

Кому чего. Одноматеринским зародышам не хватает для нормального развития внезародышевых образований: желточного мешка, амниона, трофобласта — тех самых эмбриональных структур, которые создают нормальный зародыш и которые обеспечивают его питание и связь с материнским организмом. Одноотцовские же эмбрионы, напротив, строят почти нормальные внезародышевые структуры, но не способны построить собственное тело. Естественно, и те, и другие гибнут.

Доктор Серани задался вопросом, нельзя ли попытаться скомпенсировать эти дефекты, создав комбинированный зародыш, который содержит как одноматеринские, так и одноотцовские клетки. Он получил однородительские яйцеклетки обоих типов. Дал им пройти одно-два деления в пробирке, затем разделил образовавшиеся клетки и перемешал их вместе. В результате всех этих манипуляций образовались мозаичные, или химерные зародыши, состоящие из смеси одноотцовских и одноматеринских клеток. Какова была судьба этих зародышей?

Все они дожили до 10-го дня, после чего были взяты в анализ. Оказалось, что сами эмбрионы состоят почти исключительно из одноматеринских клеток, их желточные мешки — из одноотцовских, а трофобласт состоит из смеси клеток обоих типов. То есть на 10-й день такие химерные зародыши вполне полноценны.

Однако, как оказалось дальше, полной компенсации дефектов клеток однородительского происхождения у таких зародышей не получается. Несмотря на то, что они вроде бы имеют все, что положено, пусть и с четким пространственным разделением клеток в зависимости от происхождения, завершения развития не происходит. Комбинированные эмбрионы гибнут.

В то же время плоды комбинирования нормальных клеток не имеют подобных проблем: их клетки располагаются в зародыше произвольно, вне зависимости от происхождения, развитие их идет совершенно нормально, они дают плодовитое потомство и благополучно доживают до глубокой старости.

Итак, что же выясняется в результате всех этих манипуляций с мышиными яйцеклетками? Для нормального развития мало иметь полный диплоидный набор хромосом, нужно получить один набор от отца, а другой от матери: однородительские партеногенетические эмбрионы нежизнеспособны. Мало иметь оба набора — отцовский и материнский: комбинированные эмбрионы, имеющие оба набора, но в разных клетках, также неспособны к нормальному развитию. Нужно иметь оба набора в каждой клетке организма. Таким образом, возможность непорочного зачатия и партеногенетического — однородительского — развития для млекопитающих полностью исключается.

Дело-то, в конце концов, не в непорочном зачатии, это не такая уж важная проблема, а в пересмотре одного из фундаментальнейших принципов генетики.

Этот великий принцип состоит в том, что гены, не меняясь, проходят через женский и мужской зародышевый путь. Для проявления гена не важно, от кого из родителей он получен. И основная масса генетических экспериментов и на дрозофиле [«Что верно для дрозофилы, то верно и для слона»), и на других объектах убедительно свидетельствовала в пользу этого постулата.

Встречались, правда, и исключения — когда проявление гена явно зависело от того, кто передал его потомку — мать или отец. Одно из таких исключений — поведение гена Тч> — «шпилечного хвоста» — локализованного в 17-й хромосоме мыши. Хвост у носителей этого гена и впрямь напоминал шпильку, если они получали его от отца. Если же ген доставался от матери, то его носитель погибал незадолго до рождения. Проявление гена совершенно явным образом зависело от его происхождения: отцовский ген нарушал развитие гораздо слабее (укорачивал хвост], чем материнский (укорачивал жизнь].

Похожее явление было обнаружено и на кошках. Мы уже говорили с вами о мутации бесхвостости, характерной для кошек с острова Мэн. И там последствия для потомка были более тяжелыми, если потомок получал ген от матери.

Прямо противоположное по знаку, но сходное по сути явление было обнаружено в ходе исследований, проведенных в Институте цитологии и генетики СО РАН А.О. Рувинским и мною на другой мышиной мутации Fu. В этом случае мутация проявлялась сильнее, если приходила от отца.

Известно, что тяжесть некоторых наследственных заболеваний у человека, таких, например, как хорея Хантингтона, в сильной степени зависит от родителя, который передает мутантный ген потомку: мать или отец. Есть и другие примеры такой разнокачественности отцовского и материнского геномов.

При нормальном оплодотворении каждый из родителей вносит по одному экземпляру каждой хромосомы: по одной первой хромосоме, по одной второй и так далее. Поэтому в каждой клетке эмбриона одна из хромосом каждой пары имеет отцовское происхождение, а другая — материнское. Однако, используя некоторые хромосомные перестройки, можно получать мышей, скажем, с двумя материнскими 17-ми хромосомами или с двумя вторыми отцовскими. Используя этот подход, исследователи А.П. Дыбан и В.С. Баранов из Санкт-Петербурга детально изучили вклад отдельных хромосом в развитие.

В некоторых случаях мыши с однородительским происхождением одной пары хромосом ничем не отличаются от своих нормальных собратьев. Это справедливо для 1-х, 4-х, 18-х и еще нескольких других хромосом. Но вот мыши с двумя материнскими 11-ми хромосомами (и не имеющие, естественно, ни одной 11-й хромосомы отцовского происхождения] оказываются при рождении гораздо мельче своих собратьев. В том же случае, если обе 11-е хромосомы достались от отца, эффект получается прямо противоположный.

Из этого следует уточнение нашей формулировки: проявление генов, локализованных в некоторых хромосомах мыши (а еще точнее, в определенных областях некоторых хромосом мыши] в сильной степени зависит от их происхождения — отцовского или материнского. Но если это так, то эти гены, проходя, через мужской или женский зародышевый путь, подвергаются специфической модификации таким образом, что их проявление становится комплементарным — дополнительным друг другу.