2.2. «Прегонадный период» развития у рыб

В отечественной ихтиологической литературе ранний гонадогенез рыб подразделяют на такие периоды, как прегонадный (включает процессы обособления ППК, их миграции и концентрации в половых зачатках), индифферентный и сексуализации гонад (анатомической и цитологической дифференцировки пола) [Персов, 1975].

У пластиножаберных (Elasmobranchii) первичные половые клетки отмечаются во внезародышевой мезодерме и на границе энтодермы с желтком, тогда как у костных ганоидов (Holostei) — в периферической энтодерме или в вентролатеральном участке кишечной энтодермы [Кауфман, 1990], откуда мигрируют по энтодерме и соматоплевре боковых пластинок в половые зачатки [Allen, 1911, цит.: Персов, 1975]. ППК у хрящевых ганоидов (Chondrostei) мигрируют вдоль спланхнотомов, и у личинок стерляди A. ruthenus, белуги, сибирского осетра обской, ленской и байкальской популяций в возрасте от 1–12 ч до 1–3 сут после вылупления большинство из них находится в области зачатка гонад под Вольфовыми протоками [Персов, 1975]. У проходных лососей рр. Salmo и Oncorhynchus ППК выявляются на разных стадиях эмбриогенеза и мигрируют через область миотомов в спланхнотомы, а оттуда по спланхноплевре в зачатки гонад [Вивьен, 1968; Персов, 1975].
У медаки, фундулюса Fundulus heteroclitus и других рыб, у которых ППК характеризуются энтодермальным происхождением [Hamaguchi, 1982], их миграционный путь проходит по вентральной стороне зародыша.

У карпа Cyprinus carpio и огненного барбуса Barbus conchonius они выявляются в области мезодермы [Timmermans, Taverne, 1989]; у кеты Oncorhynchus keta и гуппи Poecilia reticulata отмечена сходная локализация ППК, которые мигрируют в недифференцированной энтомезодерме и через миотомы и спланхнотомы попадают в зачатки гонад [Турдаков, 1969, 1972].
С использованием in situ гибридизации в эмбриогенезе золотой рыбки на этапе дробления в некоторых бластомерах (будущих ППК) было отмечено появление Vasa мРНК, которые во время сегментации мезодермы зародыша располагались вдоль эмбриональной оси, а впоследствии часто (до 18 % эмбрионов) занимали эктопическое положение вокруг формирующегося слухового пузырька [Otani et al., 2002]. У эмбрионов данио рерио с 4-клеточной стадии до 50 % эпиболии уровень экспрессии гена Gel быстро снижается, но в дальнейшем его продукты присутствуют только в тех клетках, которые мигрируют в зачатки гонад, т.е. в первичных гоноцитах [Li et al., 2006; Theusch et al., 2006]. С использованием метки GFP было прослежено [Kurokawa et al., 2006] распределение ППК в эмбриогенезе медаки, в результате чего было установлено, что на стадии гаструлы эти клетки мигрировали к краевой зоне, откуда перемещались к средней линии, а затем к заднему концу спланхнотомов. Маркерами ППК на ранних стадиях развития и периода миграции является триада генов плюрипотентности Oct-4, Nanog и Sox-2; экспрессия Oct-4 и Nanog сохраняется в предшественниках ППК и после того, как она подавляется в соседних клетках, развивающихся по соматической программе [Yabuta et al., 2006, цит.: Кожухарь, 2011а]. Экспрессия данных генов находится под влиянием транскрипта гена Dazl, дефекты которого вызывают нарушения экспрессии генов Oct-4, Sox-2, Nanog, Stella и Mhv, являющихся маркерами ППК. К числу маркеров ППК на ранних стадиях также относится рецептор C-kit, который участвует в определении направления миграции ППК к половым зачаткам, предотвращает их гибель путем апоптоза и контролирует размножение [Кожухарь, 2011 а].
У рыб миграция ППК от начала и до завершения контролируется взаимодействием лиганда соматических клеток Sdf1 и рецептора ППК Cxcr4 [Doitsidou et al., 2002; Knaut et al., 2003, 2008], тогда как у млекопитающих (мышь) экспрессия Sdf1 происходит не по всему пути миграции, а только в клетках эпителия половых валиков. Поэтому в зону действия Sdf1 у них попадают ППК только на завершающих этапах миграции, при заселении половых зачатков.
Очевидно, что миграция первичных гоноцитов вызвана гетерохронией обособления самих ППК и формирования полового зачатка. Однако глубинная причина такого явления в эмбриогенезе, по мнению А.М. Оловникова [2013], состоит в обеспечении эволюционно значимого отклика формирующегося организма на воздействие внешней среды — своеобразная преадаптация. Кратко изложим предложенную этим автором концепцию.
Так, в процессе миграции по развивающемуся эмбриону ППК контактируют с зачатками органов и приобретают разную органоспецифичность. Каждый первичный гоноцит получает органоспецифичность того зачатка, с которым впервые вступает в контакт. Поэтому потомки ППК (ооциты или сперматоциты) экспрессируют неидентичные органоспецифичные рецепторы и являются функционально гетерогенными. Благодаря этому, каждый клон половых клеток способен специфически распознавать молекулярные сигналы, которые поступают только от «своего» соматического органа. Такие сигналы генерируются органом тела, если он функционирует в экстремальном режиме, т.е. данный орган претерпевает «упражнение», тренируется. От такого органа сигналы поступают в гонады через ретранслятор, в роли которого выступают группы нейронов, соответствующие т.н. соматотопным картам скелетомоторного и аналогичных ему представительств частей тела в мозге.
Сигналы от «упражняющегося» органа тела в виде комплекса регуляторных РНК и белков поступают через соответствующее представительство мозга в гонаду, где этот органоспецифичный сигнал селективно распознается половыми клетками в соответствии с их органоспецифичностью. Поступив в половые клетки, сигнальный комплекс создает в геноме направленные эпимутации. При этом строго определенный порядок расположения генов на хромосомах и генетическая карта вида диктуется т.н. креатроном (системой, модифицирующей геном половых клеток при создании эволюционно значимых адаптаций), который объединяет сому и зародышевую линию.
Насколько предложенная схема соответствует действительности, покажут дальнейшие исследования. Мы же не будем опережать события, зная, что этот проницательный автор прославился созданием «теломерной теории старения», впоследствии блестяще подтвержденной экспериментально.
В обзоре работ по дифференцировке пола позвоночных отмечалось, что при заселении зачатка гонад ППК вступают во взаимодействие с клетками стромы и репрограммируются — становятся гоноцитами [Кожухарь, 2011 б]. Гоноциты в этот период претерпевают самое существенное за все время развития клеток половой линии деметилирование (т.е. активизация генов вследствие снятия тимин-ДНК-гликозилазой блокировки их транскрипции метильной группой). При этом прекращается экспрессия маркерных генов ППК, но сохраняется экспрессия ряда генов плюрипотентности (Oct-4) и основных генов-маркеров клеток половой линии (Dazl, Vasa), начинается экспрессия новых маркерных генов (Stra8, Gcna1, Sycp3, Sycp1 и Gdf9). Многие из них вместе с тем являются ключевыми генами для вступления гоноцитов в мейоз (премейотический маркер Stra8) или маркерами собственно мейоза (Sycp3). Гены Stra8 и Sycp3 консервативны: их экспрессия выявлена у многих животных.
Гоноциты в составе эмбриональной гонады развиваются либо в просперматогонии, либо в оогонии и затем — в первичные ооциты. Это зависит не от генетического пола самих гоноцитов, а от воздействия на них соматических клеток гонады мужского или женского пола. Так, например, у мыши активность Y-хромосомы проявляется не в гоноцитах, а только в соматических клетках гонады [Kocer et al, 2009, цит.: Кожухарь, 2011б].
На эмбрионах и ранней молоди рыб, у которых половые клетки были представлены ППК или гоноцитами первых порядков, исследовали влияние различных факторов: рентгеновского облучения [Мигаловский, 1971; Персов, 1975; Чмилевский, 1978, 2000; Захарова, 1983 б, 1984]; контрастных температурных режимов [Чмилевский, 1997, 2005; Захарова, 1984, 1990, 1997; Таликина, 1996]; интоксикации ксенобиотиками [Таликина и др., 1999, 2000, 2001 а, б, 2003, 2004; Таликина, Комов, 2003; Ефремова и др., 2011]; сверхслабых импульсных магнитных полей [Селюков и др., 2000а,б; Бондаренко, 2003; Вторушин, 2003; Селюков и др., 2003; Беспоместных, 2007; Селюков и др., 2008а]; а также генетических манипуляций [Мостовская, Полякова, 1986; Богданова, 1991].
Так, например, было установлено, что ППК у радужной форели Oncorhynchus mykiss характеризуются наибольшей поражаемостью рентгеновским излучением и высокой чувствительностью к пониженным температурам в раннем постэмбриональном периоде [Захарова, 1984; Захарова, Чмилевский, 1985]. С применением таких же воздействий на 6-суточных личинок мозамбикской тиляпии Oreochromis mossambicus — доза облучения 350Р и пониженная температура до 20-22 °С (для тиляпий норма 25-26 °С) — формирование их репродуктивной системы после снятия стрессового воздействия ускорялось, а при созревании повышалась плодовитость [Чмилевский, 1978, 2005].