Том 3 (1129748), страница 104
Текст из файла (страница 104)
С внутренней стороныклетки эти рецепторные белки связаны с клеточным скелетом, за счет которогоклетка перемещается вперед. Некоторые материалы внеклеточного матрикса, такиекак белок фибронектин, служат сайтами прикрепления, которые помогают клеткепродвигаться вперед; другие, типа протеогликана хондроитинсульфата, тормозятперемещение и сдерживают наплыв иммигрантов. Встречающиеся по пути оседлыеклетки аналогичным образом могут иметь привлекающие или отталкивающие поверхности, а возможно, даже простирать филоподии, касаться ими мигрирующейклетки и влиять на ее поведение.В этой смеси различных направляющих воздействий выделяется несколькоособенно важных.
В частности, клетки многих различных типов направляются хемотаксисом, который зависит от рецептора CXCR4. Этот белок клеточной поверхностипринадлежит к семейству связанных с G-белком рецепторов клеточной поверхности2102Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 22.84. Основные пути миграции клеток нервного Гребня.
На схематическом поперечном срезе черезсреднюю часть туловища представлен зародыш курицы. Глубоко залегающие производные нервногоГребня обозначены желтыми полями с текстом. Клетки, которые избирают путь, пролегающий непосредственно под эктодермой, сформируют пигментные клетки кожи; те, что идут глубинным путем черезсомиты, сформируют нейроны и глиальные клетки сенсорных и симпатических ганглиев, а также частинадпочечника. Нейроны и глиальные клетки брюшных ганглиев, располагаемых в стенке кишечника,формируются из тех клеток нервного гребня, которые мигрируют по длине тела, а исходят из области шеии крестцовой области.
У дрозофилы такое происхождение имеют нейроны стенки кишечника, которыемигрируют и из головного конца зародыша (см. также рис. 19.23.)и активируется внеклеточным лигандом по имени SDF1. Клетки, экспрессирующиерецептор CXCR4, могут найти свой путь по следам, намеченным для них вырабатывающими лиганд SDF клетками (рис. 22.85). Хемотаксис к источникам лигандаSDF1 играет главную роль в ориентировании перемещений клеток самых разныхтипов: лимфоцитов и других лейкоцитов, нейронов в развивающемся головноммозге, мышечных клеток-предшественниц, вливающихся в зачатки конечностей,первичных зародышевых клеток на их пути к половым железам и, наконец, раковых клеток, расползающихся своими страшными метастазами.22.6.12. Распределение мигрирующих клеток зависит от фактороввыживания, равно как и от управляющих сигналовОкончательное распределение мигрирующих клеток зависит не только от избранных ими маршрутов, но также и от того, насколько благополучно они перенесутдорогу и насколько им будет хорошо в той среде, которую найдут в конце своегопути.
Специфические участки обеспечивают переселенцев факторами выживания,необходимым для специфических категорий мигрирующих клеток. Например,клетки нервного гребня, которые дают начало пигментным клеткам кожи и нервным клеткам кишечника, зависят от пептидного фактора endothelin-3, выделяемоготканями на миграционных путях; мутантные мыши и люди, дефектные по генам,кодирующим этот фактор или его рецептор, имеют непигментированные (альбиносные) области на коже и страдают от потенциально гибельных пороков кишечника,22.6.
Перемещения клеток и формирование тела позвоночного животного 2103Рис. 22.85. Миграция зачатка боковой линии у зародыша данио рерио, управляемая белками SDF1и CXCR4. Боковая линия образована рядом механочувствительных органов (напоминающих группысенсорных клеток во внутреннем ухе), которые улавливают движение воды по поверхности рыбы илиземноводного. а) Они возникают как группы клеток, закладываемые зачатком, который мигрирует вдольбоковой стороны зародыша от участка на голове и до хвоста, как показано на примере этого 2-дневногозародыша, у которого клетки боковой линии помечены экспрессией зеленого флуоресцентного белка.б) Клетки зародыша экспрессируют рецептор хемотаксиса CXCR4, проявленный в данном препарате1-дневного зародыша посредством гибридизации in situ. в) Путь, которым они последуют, отмеченэкспрессией лиганда SDF1, проявленного при помощи гибридизации in situ в другом 1-дневном экземпляре.
Если лиганд отсутствует по нормальному маршруту следования (в результате мутации), то зачатокотступает от своего намеченного маршрута и следует другим путем (более тяготеющим к вентральнойстороне), отмеченным другой полосой SDF1, указывает нормальный путь для другой миграционнойструктуры — пронефроса. (Фотоснимок а любезно предоставлен David Gilmour; снимки б и в заимствованы из N. B. David et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA.
99:16297–16302, 2002. С благосклонного разрешенияНациональной академии наук США.)проистекающих из отсутствия иннервации кишечника (ввиду значительного расширения ободочной кишки такое состояние названо «мегаколон»).Для выживания зародышевых клеток, предшественниц клеток крови и происходящих из нервного гребня пигментных клеток, кажется, необходимо удовлетворить по крайней мере одно общее для всех них требование. Оно состоит в наличиитрансмембранного рецептора, названного Kit, в мембране мигрирующих клеток,и лиганда, названного Steel factor (фактор Стила), производимого клетками ткани,через которую кочующие клетки мигрируют, и (или) ткани, которую они заселят.Индивидуумы с мутациями в генах любого из этих белков отличаются недостаткамипигментации, нарушениями развития клеток крови и проблемами с образованиемполовых клеток (рис.
22.86).2104Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 22.86. Эффект мутаций в гене Kit. И ребенок, и мышонок гетерозиготны по мутации с потерей функции, которая оставляет им только половину нормального количества продукта гена Kit. В обоих случаяхпигментация нарушена, потому что пигментные клетки зависят от продукта гена Kit в качестве рецепторафактора выживания. (Снимки любезно предоставлены R. A. Fleischman и заимствованы из Proc.
Natl. Acad.Sci. USA. 88: 10885–10889, 1991. С благосклонного разрешения National Academy of Sciences.)22.6.13. Лево-правая асимметрия тела позвоночного животногообусловлена молекулярной асимметрией зародыша на раннихстадиях развитияЕсли судить по внешнему виду, то позвоночные животные обладают двусторонней симметрией, однако многие из их внутренних органов — сердце, желудок,печень и так далее — расположены весьма асимметрично. Такая асимметрия хорошовоспроизводима: у 99,98 % людей сердце находится слева. Мы уже видели, какзародыш позвоночного развивает свои внутренние и внешние слои тканей и осисвоего тела: передне-заднюю и дорсо-вентральную.
Но как возникает лево-праваяасимметрия?Генетические исследования на млекопитающих показывают, что эта проблемаможет быть разбита на два отдельных вопроса: первый — о создании асимметрии кактаковой, а второй — об ее ориентации. Известно несколько мутаций, возникающих учеловека и у мыши, которые сообщают лево-правой оси случайный характер: у 50 %мутантных индивидуумов внутренние органы расположены нормальным образом,а другие 50 % обладают обращенной анатомией, когда сердце находится справа. Повсему видно, что у таких индивидуумов механизм, обусловливающий различие левойи правой сторон, работает правильно, а механизм, который принимает решение междудвумя возможными вариантами ориентации лево-правой оси, дает сбой.Первым шагом на пути к основе этих явлений послужило открытие молекулярных асимметрий, которые предшествуют первым явным анатомическимасимметриям.
Самые ранние признаки обнаружены в картинах экспрессии геновв окрестностях узла — присущего мыши и курице аналога организатора Шпемана,характерного для лягушки. В частности, ген Nodal, кодирующий белок-член надсемейства TGFβ, в этой области экспрессируется асимметрично (не только у мыши,но также и у курицы, лягушки и данио) (рис. 22.87). Асимметрия экспрессии генаNodal в ближайшей окрестности узла передается наружу, в результате чего образуется широкая полоса экспрессии гена Nodal в мезодерме по левой (и только по22.6. Перемещения клеток и формирование тела позвоночного животного 2105Рис. 22.87. Спиральные ритмические движения ресничек в узле и начало лево-правой асимметрии.а) Ритмичные движения ресничек направляют ток жидкости к одной стороне узелка, в силу чего экспрессия генов в его окрестности становится асимметричной.
Согласно одной теории, такой поток проявляетданный эффект за счет переноса внеклеточных сигнальных белков на одну сторону. Другая теория обращает внимание на то, что реснички могут работать также и механорецепторами, и предполагает, чтоподгруппа находящихся в узле ресничек отвечает на вызванное током жидкости отклонение открытиемканалов ионов Ca2+, с тем чтобы создать повышенную концентрацию ионов Ca2+ в клетках на однойстороне узла. б) Проявленная при помощи гибридизации in situ итоговая асимметричная картина экспрессии гена Nodal (кодирующего сигнальный белок, принадлежащий к надсемейству TGFβ) в окрестностиузелка (два синих пятна снизу) в зародыше мыши в возрасте 8 дней беременности. Как видно, на этойстадии развития асимметрия уже передалась от узелка наружу, мезодерме боковой пластинки, где генNodal экспрессируется на левой стороне (обширная удлиненная синяя область) и не экспрессируетсяна правой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
