Gemmules Darwin mengatasi halangan Weismann • Tatyana Romanovskaya • Berita Sains mengenai "Unsur" • Genetik, Evolusi

Darwin gemmules mengatasi halangan Weismann

Rajah. 1. Perwakilan skematik teori pangenesis Darwin (A) dan teori penghalang Weismann (B). Gambar dari buku oleh E. Steele, R. Lindley, R. Blandand "Bagaimana jika Lamarck betul?", Dengan perubahan kecil

Para saintis Itali memutuskan untuk menguji sama ada ciri-ciri yang diperolehi boleh dihantar kepada anak-anak melalui pemindahan langsung molekul RNA tertentu dari somatik ke sel-sel germanium. Untuk melakukan ini, tikus adalah subkutane manusia yang dipindahkan dengan sel melanoma manusia dengan gen protein fluorescent hijau bersepadu. Harapan dibenarkan: Molekul RNA gen asing, yang terkumpul dalam sel-sel yang dipindahkan, didapati bukan sahaja di dalam darah haiwan eksperimen, tetapi juga dalam spermatozoa mereka. Oleh itu, ia adalah untuk kali pertama dengan jelas menunjukkan bahawa – seperti yang dicadangkan oleh Charles Darwin dalam teori teori gemmul dan pangenesis dan bertentangan dengan teori yang disebut penghalang Weismann – maklumat genetik sebenarnya boleh dipindahkan dari sel somatik ke sel seks, sekurang-kurangnya dalam bentuk RNA.

Pada masa ini, kewujudan dua peringkat maklumat diiktiraf, berdasarkan mana semua sel hidup dan organisma multisel bekerja.Tahap pertama adalah maklumat genetik (teks dari empat jenis asas nukleik yang mengodkan urutan asid amino dalam protein sel dan disimpan dalam kromosom). Perubahan (mutasi) muncul dengan kekerapan dalam urutan nukleotida kromosom. Jika mutasi ini berlaku di dalam kromosom sel-sel kuman, maka terdapat variasi (alleles) gen yang diwarisi mengikut undang-undang klasik Mendel.

Tahap kedua adalah maklumat epigenetik (satu set mekanisme yang luas menentukan keadaan, tempat dan masa membaca maklumat genetik). Berdasarkan maklumat epigenetik, peraturan gen yang dijalankan, dan perbezaan dalam peraturan ini memberi kesan serius terhadap manifestasi fenotipik gen yang sama dalam individu yang berbeza. Untuk memahami sejauh mana kemungkinan kemungkinan maklumat epigenetik, sudah cukup untuk mengingatkan bahawa semua sel-sel tubuh kita, dari sel-sel kulit ke neuron dan eritrosit, mengandungi kromosom yang sama dengan gen yang sama, dan hanya berbeza dalam variasi epigenetik.

Perubahan dalam maklumat epigenetik (epimulasi) berlaku lebih kerap daripada maklumat genetik.Epimutations adalah berdasarkan kepada pengubahsuaian kimia khusus DNA sebenar (metilasi / demetilasi sitosin) atau protein histone yang berkaitan dengan DNA, dan enzim dan pengawal selia yang khusus, termasuk protein dan RNA pengawalseliaan khas, bekerja di dalam sel untuk melaksanakan pengubahsuaian kimia ini. Pada dasarnya, ia adalah pada variasi epigenetik bahawa variasi pengubahsuaian yang dipanggil berasaskan, menyiratkan tindak balas adaptif fisiologi dari badan kepada pengaruh alam sekitar.

Memandangkan dogma teori sintetik evolusi dirumuskan, kebolehubahan pengubahsuaian tidak diwariskan, hanya terhad kepada sel somatik, tisu dan organ. Dogma ini berasal dari Augusta Weisman, yang menolak teori pengenesis Darwin (menurut zarah-zarah kecil yang khusus, gemmules, terbentuk di sel-sel tubuh, membawa maklumat tentang perubahan sel-sel yang menjalani kehidupan, dan menyebarkannya ke sel-sel kuman dengan aliran darah; Rajah 1, di atas) dan menegaskan tiada saluran komunikasi antara sel-sel somatik dan kuman (apa yang disebut "penghalang Weismann";1, di bawah) dan, akibatnya, keharusan asas untuk mewarisi ciri yang diperolehi.

Walau bagaimanapun, sejak pertengahan abad kedua puluh, didapati bahawa beberapa epimutasi dalam tumbuh-tumbuhan cenderung disebarkan dalam satu siri yang panjang (untuk salah satu daripada kes-kes ini, lihat Mekanisme keturunan yang tidak Mendelian kekal misteri, Elemen, 17 Oktober 2007). Fenomena ini dipanggil keturunan transgenerational epigenetic. Sering sifat warisan epigenetik dapat dikenalpasti oleh ciri-ciri yang tidak Mendelian pemisahan ciri dianalisis dalam keturunan: pembawa sifat baru muncul dalam keturunan lebih daripada mereka harus sesuai dengan skema klasik warisan genetik. Satu lagi tanda bahawa kita berurusan dengan epimutations, dan bukan dengan mutasi yang benar, adalah bahawa variasi fenotipik yang disebabkan oleh keadaan tertentu secara beransur-ansur "memudar" dalam beberapa generasi jika syarat-syarat induktif tidak disokong pada masa akan datang. Lebih-lebih lagi, sepanjang dekad yang lalu, data tentang kewujudan keturunan pertumbuhan epigenetik telah terkumpul di haiwan, termasuk mamalia (lihat, contohnya,Kewujudan penduduk yang berkelanjutan dipastikan oleh "memori generasi" bukan genetik, "Unsur", 3 Julai 2007, dan Maklumat Warisan dicatat bukan sahaja dalam DNA, "Elements", 1 Jun 2006).

Mungkin yang paling mengagumkan dari kajian-kajian ini adalah artikel yang diterbitkan dalam jurnal Pengalaman Pengalaman Orang Tua. Alam Neurosains pada permulaan tahun 2014. Dalam kajian ini, penulis mencipta refleks mengelakkan berkaitan dengan bau acetophenone (sebatian aromatik semulajadi yang terdapat dalam aroma ceri burung) pada tikus jantan, memberi makan arus elektrik semasa ke ruang percubaan secara bersamaan dengan acetophenone, dan kemudian keturunan dari melintasi lelaki terlatih dengan wanita yang tidak terlatih. Kecantikan reka bentuk eksperimen adalah bahawa protein reseptor untuk acetophenone dan pengekodan gennya sudah diketahui, supaya hasilnya dapat direkodkan di semua peringkat, dari ekspresi gen ke anatomi epitel pencium dan perubahan dalam tingkah laku haiwan.

Analisis berhati-hati mendapati bahawa pada tikus dalam keturunan, pertama, bilangan sel dengan reseptor untuk sebatian ini di epitel pencium telah meningkat.Kedua, haiwan lebih mudah terdedah kepada bau yang sepadan: haiwan menunjukkan tindak balas kecemasan yang lebih ketara terhadap isyarat bahaya (bunyi keras) di hadapan acetophenone (tetapi tidak propanol, yang diakui oleh sel-sel sensitif lain dengan reseptor lain). Ia juga menunjukkan bahawa dalam sperma tikus yang terlatih dan keturunan mereka, tahap metilasi gen dikurangkan, yang, sebenarnya, mengkodkan reseptor untuk acetophenone. Kesannya dikekalkan dalam dua generasi keturunan, yang tidak menerima latihan yang sesuai.

Pengarang tidak menyertakan kemungkinan bahawa epimutasi yang mempengaruhi gen penerima reseptor acetophenone dalam spermatozoa haiwan eksperimen berlaku secara kebetulan, kerana perubahan yang sama dalam fenotip keturunan pada semua peringkat telah direproduksi dengan baik semasa reproduksi berulang percobaan. Hasil yang sama diperolehi jika wanita dilatih dalam generasi ibu bapa. Dengan reka bentuk eksperimen ini, tikus yang baru lahir segera dipindahkan ke ibu angkat yang tidak terlatih, jadi faktor sosial tidak dikecualikan.

Sehingga kini, ejen-ejen yang paling menjanjikan untuk pemindahan dan induksi epimutasi muncul sebagai RNA pengawalseliaan, dicirikan oleh keupayaan untuk menukar keadaan chromatin dan ekspresi gen pada kawasan kromosom tertentu dengan kekhususan yang tinggi. Pada tahun 2010, sekumpulan pengarang menerbitkan kajian ringkasan yang menggambarkan beberapa eksperimen yang telah mereka lakukan pada induksi keturunan epigenetik transgenik dalam tikus, di mana peranan utama RNA dalam merealisasikan keturunan ini telah dibuktikan dengan meyakinkan (M. Rassoulzadegan, F. Cuzin, 2010. : RNA dikembangkan kawalan pembangunan pada tikus).

Terdapat juga calon untuk peranan kenderaan untuk pemindahan antara sel-sel RNA pengawalseliaan: ini adalah vesikel ekstraselular – vesikel membran yang dihasilkan oleh sel-sel semua tisu badan dan mampu memindahkan kandungan mereka ke sel-sel lain, termasuk tisu-tisu lain. Sel-sel badan berkomunikasi dengan menggunakan mesej yang dikemas dalam mikrofon, Elemen, 28 Disember 2010, dan artikel Exosomes adalah surat botol badan.) Perlu diperhatikan bahawa pengeluaran vesikel-vesikel ini adalah proses itu aktif, khusus tisu dan bergantung kepada keadaan fisiologi sel.Khususnya, pengeluaran mereka meningkat dramatik apabila sel mengalami tekanan, dan di bawah syarat-syarat ini kandungannya, termasuk pelbagai protein, matriks dan RNA pengawalseliaan, juga berubah. Membran vesikel tersebut mungkin mengandungi "alamat penyampaian" petunjuk dalam bentuk penerima reseptor tisu, memastikan sifat tidak rawak bentuk komunikasi selular ini.

Ini adalah semua hujah dan hipotesis, tetapi dalam praktiknya, setakat ini tiada siapa yang telah datang untuk memeriksa sama ada molekul RNA sebenarnya boleh disampaikan dari sel somatik ke sel-sel seks dan jika ya, sama ada exosomes mengambil bahagian dalam hal ini. Satu kajian yang dijalankan oleh saintis Itali, dan bertujuan untuk mengisi jurang ini. Skim eksperimen yang diletakkan oleh penulis adalah sangat mudah, ia ditunjukkan dalam Rajah. 2

Rajah. 2 Skim percubaan pada pemindahan maklumat dari sel somatik ke spermatozoa. Penjelasan diberikan dalam teks. Angka – angka dari artikel yang dibincangkan di PLoS One

Gen-gen melanoma hijau A-375 diperkenalkan menggunakan vektor virus kepada gen protein fluoresen hijau (GFP), yang pada mulanya tidak terdapat dalam genom manusia atau dalam genom tetikus, iaitu mudah dibezakan daripada produk endogen.Kejayaan operasi itu telah disahkan oleh satu siri ujian yang menunjukkan bahawa gen sebenarnya dimasukkan ke dalam DNA, bahawa gen ini mengumpul RNA matriks dan protein itu terkumpul di RNA matriks ini (yang menyebabkan sel-sel itu menjadi hijau, seperti yang dilihat dalam gambar). Eksosom yang dihasilkan dan dilepaskan oleh sel-sel yang diubahsuai ke dalam media kultur juga dikumpulkan dan disucikan. Dilakukan ujian yang sama. Ternyata DNA gen GFP tidak hadir di exosom, tetapi RNA dan protein GFP itu sendiri hadir. Akhirnya, sel-sel melanoma manusia yang telah diubahsuai disuntik subcutaneously pada tikus (immunodeficient, supaya tidak ada penolakan sel-sel manusia). Sel sel dipilih berdasarkan fakta bahawa, menurut data awal, sel-sel ini dapat bertahan dengan baik dalam talian tetikus yang digunakan dan secara intensif menghasilkan exosom, yang meningkatkan peluang mendapatkan hasil yang positif. Kajian ini melibatkan 25 haiwan, di mana lima belas (kumpulan percubaan) telah disuntik dengan sel yang diubahsuai (dengan gen GFP), dan sepuluh lagi (kumpulan kawalan) – tidak diubahsuai.

Selepas 45 hari (pada masa ini, sel-sel yang dipindahkan mempunyai masa untuk membiak dan tumor yang baru terbentuk mempunyai jumlah kira-kira 1 cm3a) menjalankan kajian akhir. Pertama sekali, ujian dijalankan untuk kehadiran RNA gen GFP dalam darah haiwan (produk darah campuran 10 ekor kumpulan eksperimen digunakan). Untuk analisis kaedah yang digunakan PCR dan hibridisasi asid nukleik. Hasilnya positif. Kemudian mereka memastikan bahawa RNA gen GFP didapati dalam exosomes yang disucikan dari darah kumpulan haiwan eksperimen yang sama. Dan akhirnya, RNA yang sama dikesan dalam sperma. Persediaan RNA sperma juga disediakan dari sampel campuran dari 10 hewan dan sekali lagi menerima hasil yang positif. RNA gen GFP juga berjaya dikesan dalam sampel campuran spermatozoa yang diperolehi daripada dua lagi haiwan kumpulan eksperimen. Analisis tambahan sampel RNA sperma individu dari tiga baki haiwan memberikan satu hasil negatif dan dua hasil positif. Secara selari, prosedur dan analisis yang serupa dilakukan untuk sampel darah, exosomes dan spermatozoa daripada haiwan kumpulan kawalan. Seperti yang dijangkakan, tiada sampel yang menunjukkan RNA gen GFP, walaupun reaksi terhadap kehadiran RNA gen mereka sendiri adalah positif dalam kedua-dua kumpulan eksperimen dan kawalan.

Para penulis menyimpulkan bahawa tidak ada penghalang yang tidak dapat diatasi yang akan menjadikan pemindahan maklumat genetik antara sel somatik dan sel-sel kuman tidak mungkin, dan oleh itu, secara teori, pemindahan RNA dengan exosomes mungkin berfungsi sebagai salah satu mekanisme yang memastikan warisan epigenetic transgenerational diperolehi oleh ibu bapa pengubahsuaian penyesuaian. Sudah tentu, reka bentuk eksperimen mencadangkan penciptaan keadaan yang agak tidak wajar: selepas semua, gen adalah asing, dan sel-sel penderma sendiri juga, tetapi yang lebih diharapkan akan memicu halangan pelindung, jika ia benar-benar wujud. Dan kemungkinan besar proses serupa dapat terjadi dalam fisiologi semulajadi.

Bagaimana fenomena yang dikesan dengan tepat berkaitan dengan pangenesis Darwin? Idea Darwin adalah bahawa gemmules, memindahkan beberapa bahan dari sel somatik ke sel-sel seks, boleh mengubah bahan keturunan dalam arah yang sesuai dengan penyesuaian yang dikembangkan pada tahap tisu somatik, dan oleh itu, menyokong realisasi evolusi yang disesuaikan secara langsung.Tetapi keturunan epigenetik, seperti yang disebutkan di atas, tidak stabil dan mudah boleh dibalikkan, sementara, bercakap mengenai evolusi, kita bermaksud perubahan yang berubah-ubah yang stabil dan sukar yang ditetapkan dalam genotip tersebut. Bolehkah pemindahan RNA dalam komposisi exosomes sebenarnya memberikan perubahan genom yang diarahkan?

Kita boleh mengandaikan adanya beberapa cara pengaruh sedemikian. Pertama, RNA pengawalseliaan menyebabkan perubahan tempatan dalam keadaan chromatin, yang sepatutnya mempunyai kesan yang pasti terhadap pengedaran kebarangkalian kejadian mutasi pada DNA di kawasan-kawasan tertentu. Kedua, berdasarkan aktiviti transkrip yang terbalik dalam spermatozoa dan pendahulunya, terdapat kemungkinan mendapatkan retrogens baru semasa transkripsi terbalik dari RNA templat atau pengeditan urutan yang sudah ada dalam genom oleh mekanisme penukaran (mengubah urutan nukleotida dalam genom dengan menipu seperti, tetapi tidak sama urutan pada matriks luar, termasuk templat RNA atau salinan DNAnya). Ketiga, berdasarkan data artikel yang sedang dipertimbangkan,di mana pemindahan gen asing sepenuhnya di antara sel-sel yang berlainan jenis (iaitu, dari sel melanoma manusia ke sel genital tetikus) dengan penyertaan exosomes RNA, peranan mekanisme ini dalam pemindahan gen mendatar tidak dapat dikesampingkan. Di sini kita boleh ingat, contohnya, nematoda, di mana gen gen bakteria genom entah bagaimana dimasukkan, terima kasih kepada organisma-organisma ini yang dapat menyesuaikan diri dengan parasitisme yang berkesan pada tumbuhan (lihat gen bakterium menstimulasi nematoda pada tumbuhan, Unsur, 18.10. 2010).

Sumber: C. Cossetti, L. Lugini, L. Astrologo, I. Saggio, S. Fais, C. Spadafora. Soma-to-germline penghantaran tikus pada tikus xenografted dengan tumor manusia: mungkin pengangkutan oleh exosomes // PLoS One. 2014. V. 9 (7): e101629.

Lihat juga:
1) B. G. Dias, K. J. Ressler. Pengalaman penciuman ibu bapa untuk generasi seterusnya // Alam Neurosains. 2014. V. 17. P. 89-96.
2) M. Rassoulzadegan, F. Cuzin. Pembuatan organ: RNA dikembangkan kawalan pembangunan di tikus // Organogenesis. 2010. V. 6. P. 33-36.
3) E. Steele, R. Lindley, R. Blandin. "Bagaimana jika Lamarck betul?" M: Damai. 2002
4) A. Markov "Dari Lamarck ke Darwin … dan kembali" // "Ekologi dan Kehidupan" №1, 2008.

Tatyana Romanovskaya


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: