Эмбриогенездің жасушалық және генетикалық механизмдері

Эмбриогенез өте күрделі процесс. Ол бір жағынан үнемі жаңа жасушалар кешенінің түзілуі, екінші жағынан, алғаш тең мүмкіндікті (тотипотентті) жасушалардың детерминацияланып ақырында маманданған ұлпаларға және мүшелерге жіктелуі ар-қылы жүреді. Ол жасушалық және генетикалық механизмдер арқылы басқарылып, реттеліп отырады. Эмбриогенездің жасушалық механизмдеріне ұрық жасушаларының көбеюін (бөлінуін), жасушалардың миграциялануын, жасушалардың таңдамалы іріктелуін, жіктелуін және заңды түрде өліп жойылуын жатқызуға болады. Жасушалардың көбеюі (бөлінуі) эмбриогенез процесінде маңызды рөл атқарады, себебі, тек жасушалардың көбеюі нәтижесінде ғана ұлпалар мен мүшелердің қалып-тасуы, ұрықтың өсуі мүмкін. Жасушаның көбеюі нәтижесінде ұлпалар мен мүшелерге қажет құрылыс материалдары - жасушалар түзіледі.

Жасушалардың көбеюі нәтижесінде түзілген жаңа жасушалар актив жылжып, қозғалып миграцияланады. Осының аркасында жасушалар құрылыс материалдары ретінде ұрықтың қажет болған жерлеріне жеткізіледі. Жасушалар позициялық ақпаратты пайдаланып амеба тәрізді козғалыс нәтижесінде жылжып миграцияланады. Позициялық ақпарат дегеніміз жасушалардың жылжып қозғалып өздеріне тиісті орнын тауып орналасуына бағытталған ооплазмалық сигнал болып саналады.

Ал, позициялық акпарат механизмдері ретінде жасушалардың контактты (түйісу) әрекеттесуі немесе хемотаксис құбылысы болуы мүмкін.

Эмбриогенез барысында көптеген жасушалар ішінен біркелкі жасушалар іріктеліп алынып белгілі бір ұлпа не мүшелердің калыптасуына бағытталынады.

Эмбриогенез барысында жасушалардың көбеюімен қатар кейбір жасуша топтарының заңды түрде өліп жойылуы — апоптоз да байқалады. Осылайша саусақтар бір-бірінен ажырасады, қуыс мүшелердің (қантамырлар, ішектер) қуыстары тесіледі. Эмбриогенез процесінде қол бастамасы тұтас тақта күйінде калыптасады, кейінірек саусактар арасындағы паренхималық жасушалар өліп жойылып, саусақтар бір-бірінен ажырайды.

Жасушаның жіктелуі дегеніміз - алғаш тотипотентті ұрық жасушаларының детерминацияланып маманданған ұлпа не мүше жасушаларына айналуы. Тотипотенттілік, яғни тең мүмкіншіліктілік дегеніміз - кез келген ұрық жасушасының бір-бірінен ажырасса өз алдына жаңа ұрық дамыта алу касиеті. Адам ұрығының бластомерлері 2-4 жасушалы күйінде тотипотентті болады. Ал зиготаның келесі бөлшектенуінде, яғни 8 жасушалы күйінде бластомерлер тотипотентті болмайды., себебі, олар детерминациялануға көшкен болып саналады. Детерминациялану дегеніміз - жасушалардың белгілі бір даму жолына түсуі. Ол күні бұрын генетикалық бағдарланған жөне көрші жасушалардың өзара әрекеттесуінің, гормондардың немесе сыртқы факторлардың әсері нәтижесінде калыптасады. Детерминациялану тұрақты жәке құбылмалы детерминациялану болып бөлінеді. Тұрақты детерминацияланған жасушалар еш уақытта да қайта­дан тотипотентті күйге көше алмайды, ал құбылмалы детерминацияланған жасушалар кейде қайтадан тотипотенттілік қасиетке ие бола алады, оны трансдетерминация деп атайды.

Ағзалардың жеке дамуы зигота ядросындағы генетикалық бағдарлама негізінде жүзеге асады. Бірақ, қалайша алғаш тең қабілетті тотипотентті ұрық жасушаларынан түрліше кұрылысты және әр түрлі қызмет аткаруға маманданған ұлпалар мен мүшелер, ересек ағзалар қалыптасады? Мұны алғаш тотипотентті эмбриондык жасушалардың әр түрлі даму жолдарына түсіп жіктелуінің (дифференциялануының) салдары деп түсіну қажет. Дифференцияланған (жіктелген) жасушалар әдетте өте күрделі кұрылысты болып келеді. Мысалы: жүйке жасушалары, көздің торлы қабығының таяқшалары мен колбашықтары т.с.с. Сол скяқты, әр түрлі ұлпа жасушаларында тек өздеріне ғана тән белоктар синтезделінеді, мысалы: бұлшықет жасушаларында миозин; кәздің көру рецепторларында - опсин; эритроциттерде — гемоглобин т.с.с. Осы ақуыздар ұлпалардың ерекше белгілерін анықтайды. Қазіргі кезде кез келген белок белгілі бір геннің қызметтік активтігінің нәтижесінде синтезделінетіні баршаға аян, ал ағзаның барлық жасушаларында гендер жиынтығы бірдей болады, мысалы адам жасушаларында 30.000 жуық гендер кездеседі. Сонда, белгілі бір даму жолына түскен жасушалардың жіктелуі кейбір гендердің іріктеліп жойылуына алып келе ме, әлде олар үнемі активсізденіп отыра ма? Әр түрлі тэжірибелер нәтижесінде даму процесінде міндетті түрде гендердің жойылмайтындығы белгілі болды. Сонымен қатар, осы тәжірибелер даму процесіңде ұрық жасушаларында гендердің таңдамалы экспрессияланатындығын айқындады. Гендердің таңдамалы зкспрессиялануы (белсенділекуі) дегеніміз дамудың әрбір кезеңінде, әр түрлі жасушалар тобында, түрліше гендердің активтенуі не активсізденуі. Бұл болжам бойынша әрбір жасушада гендердің 3 белсенді тобы болады:

1) барлық жасушаларда актив күйінде болатын жеке жасушаның негізгі тіршілік процестерін (зат, энергия т.б. алмасуды) қамтамасыз ететін гендер. Бұл гендерсіз кез келген жасуша тіршілігі мүмкін емес, олар жасушаға өте кажет гендер: оларды "тұрмыстық" гендер деп атайды;

2) бір ұлпа жасушаларының морфофизиологиялық ұқсастығын қалыптастыратын гендер (мысалы, жүйке жасушаларының тітіркенуін, олардың тұрақты өскіншелерін дамытатын гендер);

3) нақтылы ұлпалар жасушаларына ғана тән ерекше қызметтерін, қасиеттерін қалыптастыратын және басқа ұлпаларда актив болмайтын геңдер (мысалы: эритроциттерде гемоглобин синтезделуін, бұлшықет жасушаларда миозин синтезделуін, көздің көру рецепторларында опсин синтезделуін камтамасыз ететін гендер). Бұл гендер тобын "молшылық" гендері деп атайды.

Гендердің активтену-активсіздену механизмдері әлі күнге дейін толық шешілмеген. Дегенмен, бұл процесте хромосоманың физикалык-химиялық қасиеттері өзгеретіндігі сөзсіз, яғни ДНҚ молекуласы мен гистонды белоктардың ара катынасы өзгереді. Активсіз хромосомаларда ДКҚ молекуласы нуклеосома денешіктерімен тығыз байланысқан, ал олар активтенгенде ДНҚ молекуласымен нуклеосома денешіктері арасындағы байланыс едэуір босап әлсірейді.

Әр түрлі тәжірибелер нөтижесінде гендердің активтенуі зигота цитоплазмасының әсерісе байланысты болатындығы анықталды. Шамасы, ооплазма хромосомамен әрекеттесетін әр түрлі заттарды бөліп шығарып, ондағы ДНҚ молекуласын нуклесома денешіктерінен босатып, гендерді активтендіретін болуы керек. Хромосоманың актив учаскесі микроскоппен карағанда активсіз учаскелерінен біршама жуандау, ісіңкі болып келеді. Хромосоманың ондай учаскелерін пуффалар деп атайды. Пуффаларда ДНҚ молекуласы нуклеосомалардан босап ажырап,ширатылуы жазылып транскрипцияланады (а-РНҚ синтезделінеді).