Курс лекций в ворде (1121143), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Вслед за ганлиозными клетками дифференцируются клетки внутреннего ядерного слоя – биполяры, амакрины, горизонтальные клетки и наружного ядерного слоя.
По мере впячивания глазного бокала утолщенная часть покровного эпителия (хрусталиковая плакода) сама впячиватся в полость глазного бокала (она же – вторичная полость глаза), а затем полностью отшнуровывается от покровного эпителия. Возникает хрусталиковый пузырек – зачаток глазного хрусталика. Клетки внутреннего, обращенного к сетчатке слоя зачатка хрусталика сильно вытягиваются и превращаются в первичные хрусталиковые волокна, а клетки внешнего слоя сохраняют высокую пролиферативную активность и другие свойства эмбрионального эпителия.
Расположенный над хрусталиком покровный эпителий тоже испытывает сложные гистологические изменения, приводящие к тому, что он истончается, теряет пигмент (просветляется) и становится эпителием роговицы. Мезенхима, подстилающая покровный эпителий, дифференцируется в строму роговицы.
Наконец, в построении глаза участвуют и клетки эмбриональной мезенхимы, происходящие частично из мезодермы, но главным образом из нервного гребня. Эти клетки образуют сосудистую оболочку глаза – облегающие его кровеносные сосуды, а также склеру – опорную оболочку глазного яблока.
В ходе развития те части, из которых формируется глазной зачаток, вступают между собой в сложные индукционные взаимодействия. Еще в начале XX века было открыто, что у зародышей амфибий развитие хрусталика из покровной эктодермы индуцируется глазной чашей. Под влиянием пересаженной глазной чаши хрусталик может возникнуть на необычном месте, например развиться из брюшной или боковой эктодермы. Такая же индукция наблюдается при развитии глаза птиц и млекопитающих. Впрочем, у некоторых амфибий (зеленая лягушка) индуцировать развитие хрусталика глазной чашей не удалось. Однако, как показал Д.П. Филатов, это зависит не от отсутствия индуцирующих свойств у глазной чаши, а от более ранней детерминации покровной эктодермы. Действительно, у зародышей зеленой лягушки к моменту образования глазного пузыря эктодерма туловищной части зародыша уже утратила компетенцию к восприятию индукционных воздействий со стороны глаза. У этого вида амфибий индукция хрусталика происходит на более ранней стадии развития, причем индуктором служит передний конец хорды.
На более поздних стадиях развития и даже во взрослом состоянии глаз способен оказывать еще одно индукционное воздействие: он вызывает просветление покрывающей его эктодермы, превращая ее в роговицу.
Развитие и дифференцировка самого глазного зачатка (глазной чаши) в свою очередь зависит от воздействий со стороны окружения. Некоторое влияние на рост и форму глазного зачатка оказывает зачаток им же индуцированного хрусталика: удаление зачатка хрусталика ведет к прекращению роста глазного зачатка. Если же к глазному зачатку подсадить более крупный хрусталик от зародыша другого вида, то объем глазного зачатка тоже увеличивается.
Дифференцировка стенок глазной чаши в сетчатку и пигментный эпителий в значительной степени контролируется мезенхимным окружением. Та часть стенки глазного зачатка, которая (в норме или в опыте) окружена мезенхимой, дает начало пигментному эпителию; напротив, в сетчатку развивается та часть, которая лишена контактов с мезенхимой и утолщается в ходе развития.
В морфологической дифференцировке печени и поджелудочной железы немало общего: она сводится к последовательному ветвлению первоначальных зачатков — выступов кишечного эпителия — на все более тонкие выросты, вклинивающиеся в окружающую их мезенхиму. Как морфологическая, так и последующая цитологическая дифференцировка зачатков легких, печени и поджелудочной железы (как и более мелких желез пищеварительного тракта — больших слюнных желез) невозможна без взаимодействия эпителия с окружающей его мезенхимой. j
Зачаток печени (непарный печеночный вырост) подразделяется затем на две части: переднее выпячивание, образующее собственно зачаток печени, и заднее — зачаток желчного пузыря. Выпячивание печени, имеющее вначале вид плотного тяжа, в дальнейшем многократно разветвляется на многочисленные печеночные тяжи, которые, переплетаясь друг с другом и разрастаясь, образуют железистую паренхиму. В дальнейшем между ними врастают мезенхимная ткань и кровеносные сосуды.
В ходе последующего развития дифференцируются гепатоциты с их характерной внутриклеточной структурой. Небольшая часть гепатоцитов на поздних стадиях развития становится полиплоидной (тетра- или октаплоиды).
Поджелудочная железа развивается из двух выпячиваний кишечной трубки: дорсального и возникающего несколько позже центрального. В дальнейшем благодаря повороту двенадцатиперстной кишки вокруг своей оси оба зачатка сближаются и в конце концов срастаются, открываясь в кишку единым протоком. В поджелудочной железе образуются два типа специализированных клеток: эндокринные (вырабатывающие инсулин) и экзокринные (синтезирующие липазы и амилазы). Первый тип клеток — клетки островков Лангерганса. Они развиваются из клеток эпителия кишки под индуцирующим влиянием мезодермы.
Для дифференцировки энтодермальных зачатков требуются непосредственные контакты с мезодермой, причем на ранних стадиях развития менее специфические, а для окончательной дифференцировки — более специфические контакты. Так, для формирования выроста легкого из эпителия передней кишки достаточен контакт эпителия с мезенхимой этого же зачатка. Добавление чужеродной мезенхимы может полностью изменить направление развития зачатка: под влиянием мезодермы желудка легочная энтодерма будет образовывать структуры, сходные с железами желудка, под влиянием мезодермы печени — печеночные тяжи. Для начальных стадий морфогенеза зачатка печени необходим его контакт с мезодермальными клетками зачатка сердца, а для дальнейшей биохимической дифференцировки клеток печени — контакт с собственной, печеночной мезодермой. Присутствие специфической мезодермы необходимо также для полной дифференцировки и функционирования щитовидной железы. Несколько менее специфические влияния требуются при развитии поджелудочной железы: для нормальной дифференцировки эпителия поджелудочной железы в клетки, секретирующие гормоны (в том числе инсулин), также необходим контакт с мезенхимой, но в условиях эксперимента собственная мезенхима поджелудочной железы может быть заменена чужеродной мезенхимой слюнных желез или вторичной почки.
Почти все органы и структуры позвоночных животных формируются из участков столбчатого (поляризованного) эпителия (за исключением элементов скелета и кровеносных сосудов, строящихся из мезенхимных клеток).
По современным данным, в основе которых лежат работы американского ученого Д. Эдельмана, эпителизация мезенхимы, а также усиление контактов между эпителиальными клетками (происходящее при их поляризации) связаны с синтезом в данных клетках так называемых молекул клеточной адгезии (англ. — cell adhesion molecules, или САМ). Они представляют собой гликопротеины. Широкое распространение в зародышах и взрослых организмах имеет разновидность этих молекул, названная N-CAM. Эти молекулы определяют, в частности, адгезию нейроэпителиальных клеток зародыша друг к другу (N — от neural). У зародышей шпорцевой лягушки они появляются перед началом нейруляции, когда возрастают контактные зоны между поляризующимися клетками нервной пластинки. Присутствуют они и в других столбчатых эпителиях. Другая разновидность молекул клеточной адгезии называется L-CAM. Она выделена из печени (L — от liver — печень), но встречается и во многих типах клеток. При подавлении синтеза САМ клетки данного типа не образуют между собой контактов. Наоборот, если в мезенхимные клетки, лишенные генов L-CAM, ввести эти гены, то клетки склеиваются в плотный эпителий. Наконец, описаны так называемые Ng-CAM, ответственные за установление контактов между нейронами и клетками нейроглии.
Наличие и распределение различных видом САМ резко меняются по ходу развития зародышей. Например, в бластодерме куриного зародыша до начала гаструляции наблюдается более или менее равномерное распределение как N-CAM, так и L-CAM по всему эпибласту и гипобласту. При миграции мезодермальных клеток через первичную бороздку на их поверхности вообще не обнаруживается САМ. Вскоре, однако, на поверхности клеток презумптивной нервной системы и осевых органов обнаруживаются исключительно молекулы N-CAM, а на клетках будущей покровной эктодермы и энтодермы — исключительно L-CAM.
Сходные молекулы клеточной адгезии — кадгерины — обнаружены у зародышей млекопитающих, причем один из них (Е-кадгерин) выявляется уже на стадии зиготы. Позже в трофобласте, а также в стенке матки обнаруживается другой вид молекул — Р-кадгерин, возможно, ответственный за клеточные контакты при имплантации зародыша. Клетки нейроэктодермы утрачивают К-кадгерин, но приобретают новый — N-кадгерин. Таким образом, параллельно с морфологическими изменениями происходят сложные молекулярные перестройки клеточных поверхностей, определяющие, какие клетки будут в дальнейшем развиваться совместно, а какие — отделяться друг от друга.
Таким образом, основную роль в органогенезах играет кооперативное, согласованное поведение (поляризация, сокращение) обширных групп клеток, в ходе которого отдельные клетки перемещаются и меняют своих соседей сравнительно мало. Однако наряду с этими процессами в некоторых случаях наблюдаются весьма далекие (конечно, в масштабах зародыша) миграции
клеточных групп или одиночных клеток. На ранних стадиях развития зародышей позвоночных сюда можно отнести вентродорсальные движения мезодермы. На более поздних стадиях развития самыми активными мигрантами являются, как уже говорилось, клетки, произошедшие из нервного гребня
Существуют три гипотезы, претендующие на объяснение направленности движения клеток и роста аксонов: хемотаксическая, гальванотропическая и контактно-механическая. Согласно первой гипотезе, клетки или окончания аксонов «ощущают» градиенты концентрации определенных диффундирующих в межклеточную среду веществ и растут в сторону повышения их концентрации. Для аксонов нервных клеток к настоящему времени описан ряд таких веществ, причем некоторые действуют на относительно далеких расстояниях, а другие осуществляют более «близкое» притяжение. К первым, найденным у насекомых, относятся так называемый семафорин и особые белки — нетрин-1 и нетрин-2. В частности, клетки наиболее вентральной части эмбрионального спинного мозга выделяют нетрин-1, а более дорсально расположенные клетки — нетрин-2. К каждому из этих отделов притягиваются специфические нейроны. Примечательно, что функции нетринов изменяются, если они связываются с веществами межклеточного матрикса. Например, если нетрин-1 связывается с ламинином, входящим в состав базальных мембран, подстилающих эпителиальные слои, то он начинает отталкивать аксоны. Этот факт показывает, что химические факторы действуют в организме не сами по себе, а в зависимости от структур, с которыми они связаны
Рассмотрим другой, очень важный пример установления точных связей между окончаниями аксонов и нервными центрами. Речь пойдет о так называемой ретино-тектальной проекции — совокупности связей между окончаниями волокон зрительного нерва и строго определенными точками зрительной области среднего мозга (tectum opticum). В сетчатке развивающегося глаза формируется градиент концентрации особых рецепторных (и одновременно энзиматических) белков — рецепторов к белкам-эфринам. Концентрация эфриновых рецепторов (ЭР) выше на височной (темпоральной) стороне сетчатки, нежели на противоположной ей назальной. Аксоны, берущие начало от различных зон сетчатки, содержат ЭР в концентрациях, пропорциональных названному градиенту, так что последний по мере роста аксонов как бы «переносится» к tectum opticum. Независимо от этого, еще до установления контактов с аксонами, в tectum opticum устанавливается градиент концентрации лигандов к ЭР, то есть самих белков-эфринов. Их концентрация выше в заднем отделе tectum opticum и ниже — в переднем. Назальные аксоны с низкой концентрацией ЭР одинаково хорошо устанавливают связи со всеми областями tectum opticum, тогда как височные аксоны с высокой концентрацией ЭР — только с передней областью tectum opticum, где концентрация лигандов наименьшая. Очевидно, что такой гип связей обеспечивает одинаковую прочность контактов вдоль всей протяженности tectum opticum. Таким образом осуществляется «грубая разметка» ретино-тектальных связей. Более тонкая разметка достигается позже, когда зрительно-двигательная рефлекторная дуга начинает функционировать. В этот период действует метод «проб и ошибок»: «неправильные» контакты, которые не обеспечивают точных реакций, устраняются, а «правильные» закрепляются. Таким образом, точность не устанавливается изначально, а возрастает постепенно, с использованием целостных и вероятностных механизмов.
Определенное значение для ориентации роста аксонов и некоторых типов эмбриональных клеток могут иметь электрические поля. Установлено, что вне организма аксоны растут в сторону катода. Наличие хотя и слабых, но достаточных для ориентации аксонов электрических полей в зародышах доказано прямыми измерениями. Другие виды эмбриональных клеток (нервного гребня, миобласты, эндотелиальные) определенным образом ориентируются в электрических полях (чаще они становятся боком к вектору поля) и затем начинают двигаться к какому-либо полюсу (обычно к катоду). Тем не менее, еще не доказано, что именно гальванотропизм является решающим фактором, определяющим направление движений клеток.
Важную роль в ориентации роста аксонов и движений клеток играют механические натяжения и неоднородности субстрата. Впервые это было продемонстрировано более 70 лет тому назад австрийским эмбриологом П. Вейссом. Вейсс наблюдал, что эмбриональные фибробласты и окончания аксонов, высаженные на определенным образом растянутый субстрат (например, каплю кровяной плазмы), ориентируются и движутся вдоль линий механического натяжения; на нерастянутом субстрате они утрачивают определенную ориентацию и направление движения. Вейсс назвал данное явление «контактным ведением» (contact guidance). Оно может определяться неравномерной «концентрацией натяжений» в разных точках субстрата. Если в одних точках линии натяжений сконцентрированы вокруг одного фокуса, а в других областях они более «размазаны», то клетки движутся в область самой высокой концентрации натяжений. Такое явление названо тензотаксисом.
Многочисленные данные о влиянии неоднородностей субстрата (например, естественных или искусственных микро-бороздок) на движение клеток были получены Ю.М. Васильевым с сотр. Подобные факторы могут оказывать влияние на движения и образование скоплений клетками — производными нервного гребня. Важную роль играют также вещества внеклеточного матрикса. Если такие его компоненты, как ламинин (входящий в состав базальных мембран) и фибронектин стимулируют движения клеток нервного гребня, то коллаген II типа, откладывающийся, по данным ряда авторов, преимущественно на выпуклых поверхностях нейральных пластов, задерживает на себе эти клетки, повышая их концентрацию и способствуя образованию в этих местах хрящей черепа, слуховой и обонятельной капсул и висцерального скелета.
При обзоре развития различных органов мы отмечали наличие многочисленных индукционных взаимодействий между их частями: глазная чаша индуцирует в накрывающей ее покровной эктодерме образование сначала хрусталика, а затем роговицы; почечная лоханка (вырост вольфова протока) индуцирует образование мочевых канальцев в метанефрогенной мезенхиме и т.д. На более поздних стадиях развития многих зачатков происходят, как мы видели, эпителиально-мезенхимные взаимодействия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
