Том 3 (1129748), страница 101
Текст из файла (страница 101)
Они работают в клетках в нижней и срединной частях зародыша, придаваяим специализированные характеристики и приводя их в движение — как прямымивоздействиями, так и стимулируя производство других секретируемых сигнальных2090Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 22.73. Гаструляция у Xenopus. а) На внешнем виде (сверху) зародыш, наблюдаемый со стороны спины, выглядит как полупрозрачный объект; направления клеточных перемещений обозначены краснымистрелками, поперечные срезы (внизу) сделаны в срединной плоскости (плоскость спинной и брюшнойсрединных линий). Когда начинается гаструляция, на поверхности бластулы становится заметным короткое вдавливание — начало бластопора.
Это вдавливание постепенно удлиняется, загибается дугойи образует полное кольцо, окружающее пробку из очень богатых желтком клеток (предназначеннуюдля последующего охвата кишкой и переваривания). Тем временем слои клеток завертываются внутрь,огибая губу бластопора, и перемещаются в самую глубь зародыша. В то же время наружный эпителийв области анимального полюса активно расширяется, чтобы занять место тех слоев клеток, что завернулись внутрь. В конечном счете эпителий анимального полушария распространяется и покрывает всюнаружную поверхность зародыша, а когда гаструляция подходит к концу, круг бластопора сжимается почтив точку. б) Карта зачатков у зародыша Xenopus на ранних стадиях развития, когда он только начинаетгаструляцию (сделанная в боковой проекции), показывает истоки происхождения клеток, которые в своевремя в ходе свойственных гаструляции перемещений сформируют три зародышевых листка.
Различныечасти мезодермы (боковая пластинка, сомиты и хорда) происходят от глубоко залегающих клеток, выделяющихся из эпителия в заштрихованной области. Другие клетки, включая более поверхностные клеткив заштрихованной области, дадут начало эктодерме (синяя, сверху) или эндодерме (желтая, снизу).Грубо говоря, клетки, которые заворачиваются, или впячиваются, внутрь первыми, продвигаются внутризародыша вперед и формируют наиболее передние эндодермальные и мезодермальные структуры,тогда как заворачивающиеся внутрь последними формируют наиболее задние структуры. в) Рисунок(который не следует понимать слишком буквально), упрощенно показывающий, как различные областиэктодермы отображаются (накладываются) на поверхность тела взрослого животного. (Переработано наоснове R. E. Keller, J.
Exp. Zool. 216: 81–101, 1981, с любезного разрешения издательства John Wiley & Sons,и Dev. Biol. 42: 222–241, 1975, с любезного разрешения издательства Academic Press.)22.6. Перемещения клеток и формирование тела позвоночного животного 2091молекул (в частности, белков из суперсемейства TGFβ). Если эти последние сигналыблокированы, то не образуется никаких мезодермальных клеток, и гаструляция нарушается. Местная активация сигнального пути Wnt на дорсальной стороне зародыша(в результате предшествующего поворота кортикального слоя; см. рис. 22.68) видоизменяет действие других сигналов и обусловливает тем самым развитие специальныхклеток, формирующих дорсальную губу бластопора (рис. 22.74).Дорсальная губа бластопора занимает в процессе гаструляции центральноеместо не только как геометрический объект, но и как новый мощный управляющийцентр. Если из зародыша в начале гаструляции вырезать дорсальную губу бластопора и пересадить ее на другой зародыш, но в ином месте, то зародыш-реципиентначнет гаструляцию и на участке своей собственной дорсальной губы, и на участкеРис.
22.74. Сегодняшнее представление о главных индуктивных сигналах, организующих событиягаструляции. а) Распределение определяющих ось молекул в бластуле проистекает из наследованияразных частей цитоплазмы оплодотворенного яйца лягушки. Регуляторный белок VegT в вегетативныхбластомерах транслируется с мРНК гена VegT, которая сосредоточена на вегетативном полюсе до оплодотворения. Белок Wnt11 на будущей дорсальной стороне транслируется с мРНК, сосредоточенной тамв результате следующего за оплодотворением поворота кортикального слоя. б) Белок VegT управляетэкспрессией белков Xnr (Xenopus nodal-related) и других членов суперсемейства TGFβ, которые запускаютформирование полосы мезодермы в срединной части зародыша, тогда как белок Wnt11 видоизменяетисход всего действа на дорсальной стороне, действуя вместе с белком Xnr и вызывая образованиеорганизатора.
в) Градиент морфогена, организующий дорсо-вентральную ось, устанавливается сочетанием сигналов, — включая BMP4 (еще один член суперсемейства TGFβ), — выделяемых мезодермой,и антагонистов путей Wnt и BMP, выделяемых клетками организатора в дорсальной губе бластопора.2092Часть 5. Клетки в контексте их совокупноститрансплантата. Свойственные гаструляции перемещения на втором участке влекутза собой формирование второго полного набора структур тела, и в итоге получаетсядвойной зародыш (сиамские близнецы) (см.
рис. 22.6, б).Вполне очевидно, что дорсальная губа бластопора является источником сигнала(или сигналов), согласующего(-щих) и перемещения в ходе гаструляции, и схемуспециализации тканей в его окрестности. Ввиду столь значимой роли в организацииформирования главной оси тела дорсальную губу бластопора назвали организатором(а также в честь его сооткрывателя — организационным центром Шпеманна). Этостарейший и известнейший пример зародышевого сигнального центра.22.6.6. Движущая сила гаструляции обусловлена активными изменениями в упаковке клетокОрганизатор управляет схемой дифференцировки клеток по дорсо-вентральнойоси в своей окрестности, выделяя по крайней мере шесть разных сигнальных белков.Последние служат диффундирующими антагонистами сигналов двух главных типов(которые мы уже упоминали), выделяемых более вегетативными клетками, то естьсигналов Wnt и сигналов, подобных членам семейства TGFβ (а точнее, по большейчасти белков BMP).
Эти ингибиторы, выделяемых организатором, могут поспособствовать ограничению размера организатора, не давая соседним клеткам такжепринимать характер организатора. В то же время они создают градиент сигнальнойактивности — градиент морфогена, локальное значение которого отражает расстояниеот организатора (рис. 22.74, в). Когда клетки перемещаются во время гаструляции,они испытывают действие разных доз сигналов BMP (и прочих), приходящих в разные моменты и вызывающих разные варианты поведения клеток, приводящие ихк разным конечным целям дифференцировки.
Но как схема перемещений клетокорганизована в механическом отношении и каковы ее движущие силы?Гаструляция начинается с изменений формы клеток, находящихся на участкебластопора. У земноводных их называют бутылковидными клетками: они имеютширокие тела и узкие шейки, которыми закрепляются на поверхности эпителия(рис. 22.75). Они могут способствовать выгибанию эпителия и подворачиваниюего внутрь, за счет чего образуется начальное вдавливание, видимое снаружи.
Кактолько эта первоначальная складка сформируется, клетки могут продолжить своепродвижение внутрь в виде слоя, из которого сформируется кишка и мезодерма.Такое перемещение, кажется, происходит в основном за счет активной переупаковки клеток, особенно тех, которые находятся в сворачивающихся областях вокругорганизатора (см. рис. 22.75). Здесь происходит конвергентное растяжение.
Маленькие квадратные фрагменты ткани из этих областей, выделенные в культуре,самопроизвольно сужаются и удлиняются за счет перестановки клеток — точно также как они это делают в зародыше в процессе схождения к дорсальной срединнойлинии, подворачиваясь внутрь вокруг губы бластопора, а затем удлиняясь и образуя главную ось тела.Чтобы осуществить это замечательное преобразование, отдельные клетки должны наползать друг на друга согласованным образом (рис. 22.76). Согласованиеих движений, по-видимому, зависит от тех же механизмов, что и те, которые мывстречали у червя и мухи, а именно от управляющего плоскостной полярностьюклетки поляризующего сигнального пути Frizzled/Dishevelled.
Когда этот путьблокируется, — скажем, доминантно-негативной формой белка Dishevelled, —конвергентное растяжение становится невозможным.22.6. Перемещения клеток и формирование тела позвоночного животного 2093Рис. 22.75. Перемещения клеток во время гаструляции. На срезе гаструлирующего зародыша Xenopus,сделанном в той же плоскости, что и на рис.
22.73, показаны движения четырех главных типов, участвующих в гаструляции. Эпителий анимального полюса расширяется за счет изменения формы клеток,становясь по мере своего распространения все более и более тонким. Перемещение мезодермальныхклеток по богатому фибронектином матриксу, выстилающему свод бластоцёля, похоже, помогаетподтягивать впячивающиеся ткани вперед. Главной движущей силой гаструляции у Xenopus являетсяконвергентное растяжение в пограничной зоне. (Переработано на основе R. E. Keller, J. Exp.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
