Клетки зародышевой линии — клетки многоклеточного организма , дифференцированные или обособленные таким образом, что в ходе нормального воспроизведения они дают начало потомству .

Как правило, такая передача осуществляется в процессе полового размножения ; обычно это процесс, включающий систематические изменения генетического материала, изменения, которые возникают во время рекомбинации , мейоза и оплодотворения или сингамии, например. Однако существует много исключений, включая процессы, такие как различные формы апомиксиса , автогамии , автомиксиса , клонирования , или партеногенеза . Клетки зародышевой линии обычно называются гаметами или половыми клетками .

К клеткам зародышевой линии принадлежат, например, гаметы ( сперматозоиды , яйцеклетки и пр.), клетки, которые производят их при делении ( гоноциты или гаметоциты ), и их клетки-предшественники ( ), а также все их предковые клетки вплоть до зиготы — клетки, из которой развивается весь организм.

В организмах, размножающихся половым путем, клетки, не входящие в зародышевую линию, называются соматическими клетками . Этот термин относится ко всем клеткам тела, кроме гамет. Мутации , рекомбинации и другие генетические изменения в зародышевой линии могут передаваться потомству, в отличие от изменений в соматических клетках. Это не применимо к вегетативно размножающимся организмам, таким как некоторые губки и многие растения. Например, многие разновидности цитрусовых , растения семейства розовых и некоторые астровые , такие как одуванчик , производят семена апомиктически, когда соматические диплоидные клетки замещают яйцеклетку или ранний зародыш.

Как предлагал и указывал Август Вейсман , клетки зародышевой линии бессмертны в том смысле, что они являются частью клеток, которые воспроизводились бесконечно с самого начала жизни и, если не допускать случайностей, могли продолжать делать это бесконечно. Однако соматические клетки большинства организмов могут приближаться к такой возможности только в ограниченной степени и в особых условиях. В настоящее время известно, что это различие между соматическими и зародышевыми клетками является частично искусственым и зависит от конкретных обстоятельств и внутренних клеточных механизмов, таких как длина теломер и средств её контроля, таких как селективная активность теломеразы в зародышевых клетках, стволовых клетках и т. п. Вейсман, однако, работал задолго до того, как были известны такие механизмы, не говоря уже о эпигенетических механизмах или даже о генетической роли хромосом, и он считал, что существует явное качественное различие между зародышевыми клетками и соматическими клетками, хотя он и осознавал, что соматические клетки дифференцируются из клеток зародышевой линии. Многие его взгляды неизбежно менялись в течение его жизни, и некоторые из возникающих несоответствий подробно обсуждались Джорджем Роменсом . Однако Вейсман не испытывал иллюзий относительно ограничений своих идей в отсутствие твёрдых данных о природе систем, о которых он размышлял или изучал, и он обсуждал эти ограничения откровенно и аналитически.

Не во всех многоклеточных организмах клетки дифференцируются на соматические и зародышевые линии, но в отсутствие специализированного технического вмешательства человека практически все, кроме простейших многоклеточных структур делают это. В таких организмах соматические клетки имеют тенденцию быть практически , и уже более века известно, что клетки губок собираются в новые губки после того, как они были разделены, путем просеивания их через сито.

Клетками зародышевой линии могут называть линию клеток, охватывающую многие поколения особей — например, линию, которая связывает любой живой организм с последним универсальным общим предком , от которого произошли все живые организмы.

Эволюция

Растения и простейшие многоклеточные, такие как губки (Porifera) и кораллы (Anthozoa) не образуют отдельную зародышевую линию, генерируя гаметы из мультипотентных линий стволовых клеток, которых также образуют обычные соматические ткани. Поэтому, скорее всего, обособление зародышевой линии клеток сначала развилось у сложных животных со сложным планом строения тела, то есть двустороннесимметричных животных . Существует несколько теорий о происхождении строгого обособления клеток зародышевой линии от клеток тела. Изоляция популяции зародышевых клеток в начале эмбриогенеза может способствовать сотрудничеству между соматическими клетками сложного многоклеточного организма . Другая недавняя гипотеза предполагает, что раннее обособление зародышевой линии развилось, чтобы ограничить накопление вредных мутаций в митохондриальных генах у сложных организмов с высокими потребностями в энергии и быстрыми скоростями накопления мутаций в ДНК митохондрий.

Повреждения ДНК, мутации и репарация

Активные формы кислорода (АФК) образуются как побочные продукты обмена веществ. В клетках зародышевой линии АФК, вероятно, являются основной причиной повреждений ДНК , которые при репликации ДНК приводят к мутациям . , окисленное производное гуанина , продуцируется спонтанным окислением в клетках зародышевой линии мышей, а во время репликации клеточной ДНК вызывает мутацию трансверсии GC в TA. Такие мутации происходят на всех хромосомах мыши, а также на разных стадиях гаметогенеза .

Частота мутаций для клеток на разных стадиях гаметогенеза примерно в 5-10 раз ниже, чем в соматических клетках как при сперматогенезе так и при оогенезе . Более низкие частоты мутаций в клетках зародышевой линии по сравнению с соматическими клетками, по-видимому, обусловлены более эффективной репарацией повреждений ДНК, особенно репарацией при гомологичной рекомбинации , в течение мейоза зародышевых клеток.

У людей около 5 % живорождённых имеют генетические нарушения. Из них около 20 % обусловлены возникшими de novo мутациями в клетках зародышевой линии.

См. также

• Август Вейсман
• Эпигенетика
• Редактирование зародышевой линии

Ссылки