64. Генетични основи на ембрионалната онтогенеза при човека
За генетичната детерминираност на морфогенезата говори фактът, че голям брой нарушения в нейното протичане (които се изразяват в наличието на аномалии в строежа на новия организъм при раждането) се унаследяват, т.е. те се детерминират от мутантни гени.
Броят на гените, които последователно се дерепресират, се увеличава прогресивно в хода на ембриогенезата. Обикновено преди стадий морула и ранна гаструла се дерепресират гените, общи за всяка жива клетка, след което процесът постепенно обхваща и уникалните нуклеотидни последователности. По време на гаструлацията генната дерепресия е с характер на избирателно активиране на гени. Така се осъществява синтезата на първите тъканноспецифични белтъци; клетки на гаструлата се превръщат в различни стволови (родоначални) клетки. Групи стволови клетки формират зачатъците на органите, като по време на хисто- и органогенезата продължава избирателното активиране на гени, изразяващо се в синтезата на първите органно-специфични протеини. Например мускулните клетки започват синтезата на актин и миозин, чернодробните - на албумин, клетките на очната леща изграждат кристалин и т.н. Диференциалната експресия на гени обикновено се придружава от обратния процес - репресия на гени, които вече не са необходими на клетката. Така например, установена е закономерна смяна на различни видове хемоглобин през индивидуалното развитие на редица гръбначни животни и човек. Репресията на гените за хемоглобин (превключването на синтезата от един вид хемоглобин в друг) се свързва с метилацията на специфични ДНК участъци. Трите основни вида човешки хемоглобин се установяват по следния ред: в началото на развитието – ембрионален (Е) хемоглобин; след метилация у плода 80% от хемоглобина е от тип F (фетален); отново поради метилация генът за синтезата му се репресира след раждането и в еритроцитите вече се доказва хемоглобин А прибл. 98% от хемоглобина на здравия човек.
Морфогенезата е процес, който протича на каскадния принцип — вещества, синтезирани на по-ранни стадии, дерепресират гени, контролиращи диференцирането на клетки през следващите етапи. Процесите на морфогенезата са свързани и със загиване на клетки. Установено е, че тяхната смърт е генетично програмирана. При експериментални изследвания, при които са използувани инхибитори на РНК-синтезата и на белтъчната синтеза, е доказано, че загиването на клетки, което е необходимо условие за резорбцията на опашката на ларвата при земноводните, е свързано със синтезата на нови протеоли- тични ензими и следователно с дерепресията на нови гени. Механизмите, чрез които се регулират функциите на гените в еукариотните клетки, са все още хипотетични. През ранните стадии на ембриогенезата регулирането на генната експресия се реализира при протичането на процесите транскрипция, процесинг и транспортиране на иРНК, а на по-късните стадии по-важно значение има регулацията на транслационно и посттранслационно ниво. На ниво транскрипция избирателната активност на гените се реализира от вещества репресори, които екранират молекулата на ДНК и я правят недостъпна за РНК-полимеразата, и вещества дерепресори, които неутрализират действието на репресорите. Приема се, че хистоните играят ролята на репресори, а нехистоновите белтъци — на дерепресори.
За избирателната активност на гените по време на хисто- и органогенезата важна роля играят стероидните и полипептидните хормони. Те имат значение и за регулиране на степента на активност на гените в клетки, които за тях са „прицелни“ (клетки мишени). Стероидните хормони (андроген, естрогени и др.) преминават през клетъчната мембрана и се свързват с рецепторни белтъчни молекули. Рецепторната молекула изменя своята конформация (алостеричен ефект на хормона) и на нейната повърхност се образува структура, комплементарна на определен участък на хроматина. След това тя постъпва в ядрото, свързва се с адекватния и хроматинов участък и обуславя дерепресирането на съответния ген. Значението на този механизъм е доказано при диференцирането на пола при бозайниците. Полипептидните хормони (соматотропен хормон, инсулин и др.) взаимодействат с рецепторни молекули на клетъчната мембрана, в резултат на което мембранният ензим аденилатциклаза катализира образуването на цАМФ, който се натрупва в цитоплазмата и на свой ред активира определени ензими. Настъпва усилване или намаляване на съответната клетъчна функция, което винаги е свързано с промяна в активността на гена, детерминиращ синтезата на ензима. При ембрионалната индукция едни части на зародиша индуцират диференцирането на други негови части. Установено е, че най-често индукторът е белтък (с отн. мол. маса около 30 хиляди), което показва, че индукционните взаимодействия са за сметка на разпознаването на едни белтъчни молекули (ефекторни молекули) от други белтъчни молекули (рецепторни молекули).