Вопрос: Эмбриональная стволовая клетка.

Кратко: Эмбриональные стволовые клетки получают из бластоцисты на 4–5сутки после оплодотворения яйцеклетки. Полученные клетки культивируют in vitro с целью выделения чистой клеточной линии, способной формировать шарообразные скопления — эмбриоидные тела. С помощью специфических факторов роста можно направлять дифференцировку диссоциированных клеток эмбриоидных тел в различные клеточные типы всех трёх зародышевых листков.

Развернутый ответ: Стволовыми клетками эмбриона, плода или взрослого организма считаются клетки, способные длительное время воспроизводить себе подобных и в течение жизни давать начало специализированным клеткам, образующим разные ткани организма.

• Тотипотентная (лат. totus — целый, полный) клетка обладает потенциалом дать начало всем специализированным клеткам, формирующим ткани эмбриона и обеспечивающим его развитие. Например, зигота и бластомеры по всем признакам относятся к тотипотентным клеткам.

• Плюрипотентные (лат. plures — несколько, много) клетки дифференцируются в разные полипотентные клетки всех трёх зародышевых листков — экто-,энто- и мезодермы. Клетки внутренней клеточной массы бластоцисты относятся к плюрипотентным клеткам.

Стволовые клетки взрослого организма выделены из красного костного мозга, периферической крови, пульпы зуба, спинного и головного мозга, кровеносных сосудов, скелетной мышцы, эпителия кожи и пищеварительной системы, роговицы и сетчатки глаза, печени и поджелудочной железы. Это полипотентные клетки, потомки которых дают начало ограниченному количеству типов коммитированных (унипотентных) клеток-предшественниц. К настоящему времени плюрипотентная стволовая клетка взрослого организма, способная дать начало всем клеточным типам организма, не обнаружена.

Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) образуются из внутренней клеточной массы на ранней стадии развития зародыша – бластоциста. Зародыш человека достигает стадии бластоциста на 4–5 день после оплодотворения, бластоцист человека состоит из 50–150 клеток. Эмбриональные стволовые клетки являются плюрипотентными. Это означает, что они могут дифференцироваться во все три первичных зародышевых листка: эктодерму, энтодерму и мезодерму. Таким образом, образуются более 220 видов клеток. Свойство плюрипотентности отличает эмбриональные стволовые клетки от полипотентных клеток, которые могут дать начало лишь ограниченному количеству видов клеток. В отсутствие стимулов к дифференциации in vitro, эмбриональные стволовые клетки могут поддерживать плюрипотентность в течение многих клеточных делений.

Ввиду пластичности и потенциально неограниченного потенциала самообновления, эмбриональные стволовые клетки имеют перспективы применения в регенеративной медицине и замещении поврежденных тканей. Однако в настоящий момент не существует никакого медицинского применения эмбриональных стволовых клеток. Стволовые клетки взрослых организмов и стволовые клетки спинного мозга используются для терапии различных заболеваний. Некоторые заболевания крови и иммунной системы (в том числе генетические) могут быть вылечены такими неэмбриональными стволовыми клетками. Разрабатываются методы лечения с помощью стволовых клеток таких патологий, как онкологические заболевания, юношеский диабет, синдром Паркинсона, слепота и нарушения работы спинного мозга.

 

48. Протоонкогены и онкосупрессоры в регуляции клеточного цикла

Протоонкогены кодируют белки, стимулирующие клеточный цикл. Мутированные протоонкогены называют онкогенами. Мутация протоонкогена приводит к неуправляемому размножению клеток.

Онкосупрессоры (антионкогены) – кодируют белки блокирующие клеточный цикл. Мутации онкосупрессоров приводит к проявлению бесконтрольно пролиферирующего клеточного клона. Этот ген блокирует в случае повреждения ДНК блокирует клеточный цикл до тех пор пока нарушения не будут устранены.

Основная часть!

Протоонкогенны кодируют белки, стимулирующие клеточный цикл (например, ras, erbb2). В случае мутации становятся онкогенами.

· Ras – суперсемейство генов, кодирующих rasG-белки (малые гуанозинтрифосфотазы – ГТФазы). Белок локализуется на внутренней стороне клеточной мембраны и участвует в передаче внешнего сигналаот рецептора к ядру, стимулирующего пролиферацию клеток. В случае мутации rasG-белок остается активированным, что приводит к неуправляемому размножению клеток.

· Erbb2 – (erythroblasticleukemiaoncogenehomolog 2; 17q21.1) кодирует белок семейства рецепторов эпидермального фактора роста. Рецептор не связывается с фактором роста, но тесно взаимодействует с другими рецепторами эпидермального фактора роста, стабилизируя их связь с лигандами и, таким образом, поддерживая клеточную пролиферацию. Амплификация или сверхэкспрессия гена erbb2 встречается при разных онкологических заболеваниях.

Антионкогены или онкосупрессоры кодируют белки, блокирующие клеточный цикл. Мутации этих генов приводят к появлению бесконтрольно пролиферирующего клеточного клона.

· Белок p53 – специфически связывается с ДНК и активирует экспрессию генов, блокирующих цикл в контрольной точке G₁ >M. При неблагоприятной информации о состоянии генома p53 блокирует клеточный цикл до тех пор, пока нарушения не будут устранены. При серьезных нарушениях ДНК p53 инициирует апоптоз. Мутация p53 – отсутствие сдерживающего фактора – поврежденные клетки бесконтрольно размножаются.

· Семейство белков p21 – ингибиторы Cdk – включает 3 белка: р21, р27, р57. Эти белки связываются и ингибируют комплексы: циклин D/Cdk4, циклин E/Cdk2, циклин A/Cdk2.

· Белок р16 – ингибитор Cdk – препятствует взаимодействию Cdk4/6 с циклином D, блокируя клеточный цикл в точке рестрикции G₁ >S.

· 49. Циклин-зависимые протеинкиназы и циклины в регуляции клеточного цикла

· Кратко:

· Циклин-зависимые протеинкиназы (cyclin-dependent proteinkinases, Cdks) [греч. kyklos — круг и лат. -in(e) — суффикс, обозначающий «подобный»] — семейство протеинкиназ (см.Протеинкиназы), которые активируются под действием циклинов (см. Циклины) и являются главными регуляторами, влияющими на смену фаз клеточного цикла. Идентифицировано восемь индивидуальных Ц.-з.п. (CDK1—CDK8), часть которых не участвует непосредственно в регуляции клеточного цикла. Для полипептидных цепей всех этих белков характерна высокая (до 75 %) структурная гомология. Специфичность их функционирования обеспечивают уникальные сайты связывания соответствующих активирующих циклинов.

· Полный ответ:

· Циклин зависимые киназы (Cdk) - это клеточные машины, которые запускают события клеточного цикла и являются своеобразными часами этих событий. Кроме того, они выполняют функцию информационных процессоров, которые интегрируют внеклеточные и внутриклеточные сигналы для тонкой координации событий клеточного цикла. Изучение Cdk необходимо для понимания фундаментальных механизмов контроля клеточного цикла. Каталитическая активность Cdk обеспечивается высокоспецифичными сайтами связывания, что позволяет двум субстратам правильно расположиться относительно друг друга и произвести перенос фосфата АТФ на кислород ОН группы белка-субстрата. Типичная каталитическая субъединица чуть больше, чем минимальный протеинкиназный домен. Членысемейства Cdk состоят из примерно 300 остатков аминокислот. Из них 35-65% идентичны прототипу cdc2/cdc28.Каталитические субъединицы Cdk не действуют в одиночку. Их способность включать события клеточного цикла полностью зависит от взаимодействия с циклиновымисубъединицами. Отсюда и происходит название cyclin dependent kinase. Хотя связывание с циклином и является определяющим, существуют дополнительные регуляторные субъединицы и протеин киназы, которые модулируют активность CDK, распознавание субстрата и субклеточную локализацию. Cdk определяются как белковые киназные каталитические субъединицы. Продукт cdc2 гена, р34, считается прототипом циклин-киназной единицы и служит эталоном для сравнения других циклин-киназ. В регуляции клеточного цикла дрожжей участвует всего одна циклин зависимая киназа -р34. В разные периоды клеточного цикла она активируется присоединением соответствующего циклина и фосфорилирует специфические для этого периода субстраты (рис. 32). Видно, что периоды активностей Cdk перекрываются.У позвоночных открыто более десяти белков подобных cdc2/cdc28. Большинство Cdk являются некритическими регуляторами клеточного цикла. Лишь Cdk1 и Cdk2, структурные гомологи cdc2/cdc28, выполняют в нем главную роль. В настоящее время известно восемь циклинов, обозначаемых латинскими буквами от А до Н. Все циклины имеют общую последовательность длиной 100-150 аминокислотных остатков, называемую циклиновым боксом, которая необходима для связывания с CDK. На основании анализа кристаллической структуры циклин А1 состоит из двух компактных центральных доменов, каждый из которых представлен пятью спиралями, и двух дополнительных спиралей у С- и N-конца.Клетки вступают в клеточный цикл и осуществляют синтез ДНК в ответ на внешние митогенные стимулы. Лимфокины(например, интерлейкины), цитокины(в частности интерфероны) и полипептидные факторы роста, взаимодействуя со своими рецепторами на поверхности клеток, индуцируют каскад реакций фосфорилирования внутриклеточных белков, сопровождающихся передачей сигнала от поверхности клеток к ядру и индукцией транскрипции соответствующих генов. Одними из первых активируются гены, кодирующие белки циклины, получившие свое название от того, что их внутриклеточная концентрация периодически изменяется по мере прохождения клеток через клеточный цикл, достигая максимума на его определенных стадиях. Циклины являются специфическими активаторами семейства циклин-зависимых протеинкиназ (CDK)(CDK - cyclin-dependent kinases) - ключевых участников индукции транскрипции генов, контролирующих клеточный цикл. Активация индивидуальной CDK происходит после ее взаимодействия со специфическим циклином, и образование этого комплекса становится возможным после достижения циклином критической концентрации. В ответ на уменьшение внутриклеточной концентрации конкретного циклина происходит обратимая инактивация соответствующей CDK. Некоторые CDK активируются более чем одним циклином. В этом случае группа циклинов, как бы передавая протеинкиназы друг другу, поддерживает их в активированном состоянии длительное время. Такие волны активации CDK возникают на протяжении G1- и S- фаз клеточного цикла.

 

50. Биологическая роль мейоза. Кроссинговер и комбинативная изменчивость.

 

Мейоз — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза.

Кроссинговер — процесс обмена участками гомологичных хромосом во время конъюгации в профазе I мейоза. Конъюгация — соединение гомологичных хромосом.

Комбинативная изменчивость — изменчивость, которая возникает вследствие рекомбинации генов.

 

Биологическая роль мейоза:

Предотвращается удвоение числа хромосом в каждом поколении, так как при образовании половых клеток мейозом происходит редукция числа хромосом.

Является основным этапом гаметогенеза, так как приводит к образованию гаплоидных клеток (гамет)

Обеспечивает передачу генетической информации от организма к организму при половом размножении, так как при оплодотворении получившаяся зигота содержит генетическую информацию обоих родителей.

Мейоз создает возможность для возникновения новых комбинаций генов (комбинативная изменчивость), так как в ходе мейоза происходит образование генетически различных гамет. Вследствие:

· Независимого расхождения хромосом во время мейоза(Анафаза I );

 

· Рекомбинации генов вследствие кроссинговера(В профазе I в ходе конъюгации в некоторых местах гомологичные хромосомы плотно соединяются, образуя хиазмы. В них происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами, т. е. обмен генетическим материалом)