Специфичная форма у живых организмов складывается 2-мя методами: за счет дифференциации сначала похожих клеток или за счет деления клетки на неравные части — так называемого асимметричного деления. Примером асимметричного деления может служить оформление устьиц у растений. Американские ученые открыли и исследовали белок, руководящий асимметричным делением при развитии устьиц. По собственному строению
Специфичная форма у живых организмов складывается 2-мя методами: за счет дифференциации сначала похожих клеток или за счет деления клетки на неравные части — так называемого асимметричного деления. Примером асимметричного деления может служить оформление устьиц у растений. Американские ученые открыли и исследовали белок, руководящий асимметричным делением при развитии устьиц. По собственному строению этот белок напоминает неактивную киназу, экспрессируется во многих частях растения, но только в листьях служит организатором асимметричного деления.
Мы привыкли к тому, что всё живое имеет определенную форму. Форма является принципиальным признаком живых созданий, но мы время от времени задумываемся, почему всё живое оформлено. Твердые тела имеют форму из-за межатомных взаимодействий, в конечном итоге которых складываются кристаллы. Если же межатомные взаимодействия слабые, то материя не имеет специфичной формы. Всё это мы проходили еще в школе.
Но когда речь идет о живом, то обретение определенной формы уже не объяснишь межатомными взаимодействиями. Живые существа сложены клетками, так или по другому скрепленными меж собой. Организм оформляется в процессе развития, а позже сохраняет форму более или менее постоянной в протяжении всей своей жизни. Но почему при развитии многоклеточного существа не создается непонятный сгусток материи? Откуда клетки знают, что нужно отделять дочерние клетки с некоторый одной стороны, чтобы в конце концов оформился зародыш, чтобы у него выросли конечности? Каковы вообще механизмы сотворения формы у живого?
В обобщенном виде ответом будет указание на существование 2-ух путей сотворения формы. 1-ый — это скопление некоторого количества похожих клеток, которые позже по-разному специализируются. 2-ой путь предполагает асимметричное деление материнских клеток. Путь асимметричного деления реализуется у всех групп живых организмов от бактерий до позвоночных. У растений он также встречается, но, в отличие от животных, он практически не изучен.
Спецы с отделения цитологии и биологии развития Калифорнийского института в Сан-Диего отыскали и исследовали белок, который организует асимметричное деление клеток растений. Свою работу они создали на листьях кукурузы, изучив у их формирование устьичного аппарата.
Схема развития клеток устьиц на листьях кукурузы. Рис. K. Sutliff из статьи Sack & Chen в Science
У листьев кукурузы устьичный аппарат состоит из 4 клеток: 2-ух замыкающих и 2-ух побочных. Эти клетки образуются следующим образом. Эпидермальная клетка (на схеме — розового цвета) делится на неравные по размеру части. Большая часть развивается в обыденную неспециализированную клетку эпидермиса, а меньшая часть становится предшественником замыкающих клеток. Эта клетка-предшественник посылает сигнал в примыкающие эпидермальные клетки, и они в месте концентрации сигнального вещества отделяют две маленькие побочные клетки. Критическим моментом асимметричного деления служит скопление сигнального вещества в местах контакта предшественников замыкающих и побочных клеток.
Это сигнальное вещество получило название PANGLOSS1 (PAN1). По собственному строению оно напоминает киназу, но у него отсутствуют некоторые аминокислотные остатки, которые неотклонимы для активных киназ. Поэтому основную функцию киназ — перенос остатков фосфорной кислоты от АТФ на субстрат — это вещество разумеется не делает. Но зато в его присутствии происходит поляризация клеточного ядра и скопление актиновых нитей. А это свойства подготовки клетки к делению в определенной плоскости.
В растениях с мутантным геном pan1 побочные клетки устьиц получаются дефектными. Можно было бы поразмыслить, что это специфичный белок, отвечающий за формирование устьичного аппарата, но в других тканях он тоже синтезируется. При всем этом в случае с мутантным вариантом PAN1 никаких особых недостатков в других тканях не находится. Очевидно, что мутация проявляется непосредственно там, где требуется выполнить асимметричное деление.
С помощью иммунофлюоресцентного метода ученые определили порядок появления и локализацию PAN1 и актина в клетках развивающегося устьица. Выяснилось, что оба белка накапливаются после формирования предшественника замыкающих клеток и перед поляризацией ядра у предшественников побочных клеток. Но PAN1 регистрируется ранее актина. Это означает, что асимметричное деление предшественников побочных клеток индуцируется сигналом, посланным развивающейся замыкающей клеткой, а PAN1 так или по другому локализует актин в месте контакта предшественников замыкающих и побочных клеток, а это само по себе организует деление клетки в подходящем месте и в подходящем направлении.
Таким образом, у растений асимметричное деление предшественников побочных клеток инициируется за счет внеклеточного (а не внутриклеточного) сигнала, посланного примыкающей клеткой. Сигналом служит похожий на киназу белок. Он может (и даже наверняка так и есть) работать не сам по себе, а в ансамбле с другими сигнальными веществами. Состав участников этого ансамбля, строение и происхождение белков очень важны для понимания происхождения формы у многоклеточных созданий, но пока это только 1-ые шаги в раскрытии молекулярных устройств сотворения формы.
Источники :
1) Heather N. Cartwright, John A. Humphries, Laurie G. Smith. PAN1: A Receptor-Like Protein That Promotes Polarization of an Asymmetric Cell Division in Maize // Science. V. 323. P. 649–652. 30 January 2009 (DOI: 10.1126/science.116168).
2) Fred D. Sack, Jin-Gui Chen. Pores in Place // Science. V. 323. P. 592–593. 30 January 2009.
(Елена Наймарк elementy.ru)
Похожие статьи:
