Кошки и гены

Понятно, что все эти события происходят под контролем определенных генов. Отдельные гены и генные ансамбли согласованно включаются в работу и выключаются. Их продукты активируют одни гены и инактивируют другие. Причем в каждой группе клеток играет свой, специфичный только для нее, генный оркестр, и свою, характерную только для нее мелодию.

На ранних этапах развитие у самцов и самок идет практически одинаково. Хотя стартовые позиции в развитии двух полов разные. Вы помните, что самки имеют две Х-хромосомы, самцы только одну.

В зиготе (а) активны обе Х-хромосомы. В ходе дифференцировки в ннициаторных клетках (6) одна из Х-хромосом — мутантная (светлая) или нормальная (темная) — инактивируется. Инактивированная хромосома обозначена кружком. Потомки иннциаторных клеток строго наследуют инактивированное состояние Х-хромосомы (в). В тех клетках, где инактивирована нормальная хромосома, проявляется мутантный аллель, и наоборот. В результате формируется мозаичная или черепаховая окраска.

Эта неравноценность устраняется в момент дифференцировки стволовых клеток. На этом этапе одна из двух Х-хромосом у самок инактивируется. То есть она перестает быть доступной для считывания с нее генетической информации. Выбор хромосомы, которая претерпевает инактивацию в момент дифференцировки, определяет случай. В одной стволовой клетке оказывается инактивированной Х-хромосома, доставшаяся от отца, в другой — та, что получена от матери. Но дальше в ряду клеточных поколений это инактивированное состояние одной хромосомы и соответственно активное состояние другой строго наследуются. Иными словами, если в стволовой клетке была инактивирована отцовская Х-хромосома, то во всех потомках этой клетки, в том клоне клеток, который от нее происходит, будет инактивирована именно отцовская Х-хромосома. Таким образом, организм самки можно представить как мозаику клеток: в одних функционирует отцовская Х-хромосома, в других — материнская.

Сколько будет клеток одного или другого типа, решает случай. Судите сами: для каждой клетки вероятность того, что у нее будет инактивирована отцовская Х-хромосома, равна 1/г- Если группа стволовых клеток, нацеленных на создание данного типа тканей, велика, то по закону больших чисел мы можем ожидать, что половина всех клеток в этой ткани у взрослого животного будет иметь инактивированной отцовскую хромосому, а другая половина — материнскую. В том же случае, если эта группа малочисленна — в пределах десятка клеток, — возможны самые

разные соотношения типов клеток во взрослом организме. Может быть даже такая ситуация, что во всех клетках данной ткани будет инактивирована одна и та же Х-хромосома, допустим, материнская.

Каково будет взаимное расположение клеток, принадлежащих к одному клону? Будут ли они располагаться тесной кучкой или смешаются с представителями других клонов? Здесь все зависит от того, о какой ткани идет речь. Клетки некоторых тканей вынуждены мигрировать довольно далеко от того места, где они формируются. В таких случаях перемешивание становится более вероятным.

Наличие разных клеточных клонов у самок очень ярко выявляется на гетерозиготах по мутациям генов, локализованных в Х-хромосоме. У кошек такая мутация есть. Это мутация рыжей окраски. Ее номенклатурное название Orange (символ О).

Проследим за судьбой зародыша женского пола. Он имеет две Х-хромосомы. В одной из них, полученной, например, от отца, находится ген рыжей окраски О, а в другой, полученной от матери, его нормальный аллель о. В момент дифференцировки клеток, потомки которых затем будут заняты синтезом пигментов, в каждой из них случайно инактивируется или одна, или другая X- хромосома. Это довольно небольшая группа клеток: около двухтрех десятков. Но они дают начало тысячам пигментных клеток — меланоцитов. Каждый из меланоцитов будет иметь в инактивированном состоянии именно ту из Х-хромосом, которая инактивировалась в стволовой клетке-родоначальнице.

Меланоциты, в которых активна хромосома, имеющая мутантный аллель, будут синтезировать только желтый пигмент. Меланоциты, несущие в активном состоянии хромосому с нормальным аллелем, произведут оба пигмента, желтый и черный. Волоски, которые снабжаются пигментами из меланоцитов первого типа, будут рыжими, а остальные — серыми. Вся кошка в итоге будет мозаичной, или черепаховой.

Соотношение размеров и степень перемешивания серых и рыжих пятен чрезвычайно разнообразны. Здесь все строится опять-таки на игре случая.

Объясняя феномен черепаховой окраски, мы шли от механизма инактивации. Наука же двигалась обратным путем. Механизм инактивации был придуман для объяснения феномена черепаховой окраски. Затем он был подтвержден целым рядом генетических, цитологических и биохимических экспериментов. Честь открытия этого механизма принадлежит английской исследовательнице Мэри Лайон. Поэтому в научной литературе инактивацию одной из Х-хромосом у самок называют лайонизацией.

Вернемся, однако, к судьбе кошачьего зародыша, которого мы бросили на стадии закладки стволовых клеток.