Том 3 (1129748), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Мы увидим, что это далеко не так: как и у прочихживотных, развитие этого червя зависит как от межклеточных взаимодействий,так и от внутренних процессов отдельно взятых клеток. Исход развития нематодыпочти полностью предсказуем попросту потому, что картина межклеточных взаимодействий легко воспроизводима и приведена в точное соответствие с последовательностью делений клеток.В развивающемся черве, как и у других животных, большинство клеток не ограничивается созданием клеток-потомков какого-либо одного дифференцированного22.2. Caenorhabditis elegans: развитие с точки зрения отдельной клетки 2021Рис. 22.18. Древо последовательности поколений клеток, образующих кишечный тракт C.
elegans.Обратите внимание, что, хотя клетки кишечника образуют единичный клон (равно как и клетки половойлинии), клетки большинства других тканей ведут себя иначе. Нервные клетки (не показаны на схемевзрослого червя в нижней части рисунка) главным образом группируются в ганглиях около переднегои заднего концов животного и в брюшном нервном тяже, который тянется по всей длине тела).типа вплоть до довольно поздних стадий развития, и клетки того или иного конкретного типа, скажем, мышечные, обычно происходят от нескольких рассеянных в пространстве предшественников, которые дают начало также и клеткам других типов.Исключения у червя представлены кишечным трактом и гонадой, ибо каждый из этихорганов формируется из единственной посвященной (узкоспециализированной) клеткиосновательницы, возникшей на 8-клеточной стадии развития в случае линии клетоккишечника и на 16-клеточной стадии в случае линии зародышевых клеток, или половойлинии.
Но в любом случае увеличение многообразия клеток начинается рано, как толькояйцо начинает дробиться: задолго до окончательной дифференцировки клетки начинают проходить через ряд промежуточных состояний специализации, следуя различнымпрограммам в зависимости от их местоположения в организме и от взаимодействийс соседними клетками. Как же возникают такие ранние различия между клетками?22.2.3. Асимметричное деление яйца обеспечивается продуктамигенов материнского эффектаЧервь показывает типичную для большинства животных раннюю спецификацию клеток, которые в конечном счете дадут начало половым клеткам (яйцеклеткамили сперматозоидам).
Половая линия червя возникает в ходе строгой последовательности асимметричных делений клеток оплодотворенного яйца. Асимметриявозникает в результате стимула из окружающей яйцо среды: точка проникновениясперматозоида определяет будущий задний полюс продолговатого яйца. В даль-2022Часть 5. Клетки в контексте их совокупностинейшем белки яйца взаимодействуют друг с другом и организуются относительноэтой точки, с тем чтобы создать более сложную асимметрию внутри этой клетки.Вовлеченные в это дело белки транслируются главным образом с накопленныхмРНК-продуктов генов матери. Поскольку такая РНК производится еще до откладывания яйца, получается, что только генотип матери определяет события, происходящие на первых этапах развития.
Гены, работающие таким образом, называютгенами материнского эффекта.Для организации асимметричной структуры яйца нематоды особенно важнаодна подгруппа генов материнского эффекта. Их называют генами Par (Partitioningdefective), по крайней мере шесть таких генов были найдены в ходе генетическогоскрининга мутантов, у которых была нарушена структура яйца.
Гены Par имеютгомологов у насекомых и позвоночных, где они играют фундаментальную рольв организации полярности клеток, о чем говорилось в главе 19. Фактически одним из ключей к нашему теперешнему пониманию общих механизмов полярностиклетки послужило открытие этих генов в ходе изучения ранних стадий развитияC. elegans.В яйце нематоды, впрочем, как и в остальных клетках нематод и иных животных, белки Par (продукты генов Par) сами по себе расположены асимметрично:одни в одном конце клетки, другие — в другом.
В яйце они нужны для того, чтобыдоставлять группу рибонуклеопротеидных частиц, называемых P-гранулы к заднему полюсу так, чтобы задняя дочерняя клетка наследовала P-гранулы, а передняядочерняя клетка не наследовала их. На протяжении нескольких последующихделений клеток белки Par работают подобным же образом, ориентируя митотическое веретено деления и отделяя P-гранулы одной дочерней клетки в каждоммитозе, до тех пор, пока на 16-клеточной стадии не остается только одна клетка,содержащая P-гранулы (рис. 22.19). Эта единственная клетка и основывает линиюполовых клеток.Специализация предшественников зародышевых клеток с появлением у нихотличий от предшественников соматических клеток — ключевое событие в развитииРис. 22.19.
Асимметричные деления, обусловливающие распределение P-гранул в клеткеосновательнице зародышевой линии у C. elegans. На микрофотографиях в верхнем ряду показана схемаделения клеток; ядра клеток окрашены в синий цвет специфичным к ДНК флуоресцентным красителем;ниже показаны те же самые клетки, окрашенные антителом к P-гранулам. В неоплодотворенном яйце(не показано) эти маленькие гранулы (0,5–1 мкм в диаметре) распределяются случайным образом по всейцитоплазме. После оплодотворения, при каждом делении клетки вплоть до 16-клеточной стадии и они,и внутриклеточные машины, которые регулируют их асимметричную локализацию, наследуются однойдочерней клеткой.
(Изображения любезно предоставлены Susan Strome.)22.2. Caenorhabditis elegans: развитие с точки зрения отдельной клетки 2023фактически всех видов животных, и этот процесс имеет общие черты даже средиживотных, относящихся к типам, для которых характерно весьма разное строениетела. Так, у дрозофилы частицы, подобные P-гранулам, также отделяются в одинконец яйца и включаются в содержимое клеток-предшественниц половой линии,где и определяют путь их дальнейшей дифференцировки. Подобные явления наблюдаются у рыб и лягушек. У представителей всех видов этих животных можнонайти по крайней мере некоторые одинаковые белки в определяющем зародышевыеклетки материале, в том числе гомологи связывающегося с РНК белка, называющегося Vasa.
Как работает Vasa и родственные ему белки, а также молекулы РНК,в процессе определения клеток половой линии, все еще не известно.22.2.4. За счет межклеточных взаимодействий создаютсяпоследовательно усложняющиеся структуры организмаЯйцо C. elegans, равно как и других животных, представляет собой необычайно крупную клетку, обладающую достаточным пространством для формированиясложных внутренних структур. Вдобавок к P-гранулам под управлением белковPar и другие факторы распределяются упорядоченным образом вдоль его переднезадней оси и таким образом расходятся по разным клеткам по мере того, как яйцопроходит свои первые несколько циклов деления. Эти деления происходят безроста (так как питание не может начаться, пока не сформируются рот и кишечныйтракт), и поэтому яйцо дробится на все более мелкие клетки. Несколько из этихлокализованных в пространстве факторов являются регулирующими гены белками,которые работают непосредственно в унаследовавшей их клетке и возбуждают илиблокируют экспрессию определенных генов, тем самым усиливая отличия этой клетки от ее соседей и направляя ее на специализированный путь дифференцировки.Если первые немногие различия между клетками вдоль передне-задней осиC. elegans проистекают из асимметричных делений, то дальнейшее конфигурирование, а в том числе и схема расположения типов клеток по другим осям, зависитуже от межклеточных взаимодействий.
Клеточные линии в зародыше настольковоспроизводимы, что отдельным клеткам можно присвоить названия и опознаватьих потом в каждом животном (рис. 22.20); к примеру, клетки на четырехклеточнойстадии развития называют ABa и ABp (две передние сестринские клетки) и EMSи P2 (две задние сестринские клетки). В результате асимметричных делений, которыемы только что описали, клетка P2 экспрессирует сигнальный белок и выставляетего на свою поверхность — присущий нематоде гомолог белка Delta (лиганда белкаNotch), — тогда как клетки ABa и ABp экспрессируют соответствующий трансмембранный рецептор — гомолог белка Notch. Продолговатая форма оболочки яйцаобусловливает такое расположение этих клеток, что наиболее передняя клетка, ABa,и наиболее задняя клетка, P2, больше не находятся в контакте друг с другом.
Такимобразом, только клетка ABp получает сигнал от клетки P2, в итоге чего клетка ABpначинает отличаться от клетки ABa и намечается будущая дорсально-вентральнаяось червя (рис. 22.21).В то же самое время клетка P2 экспрессирует также и другую сигнальную молекулу, белок Wnt, который воздействует на рецептор белка Wnt (белок Frizzled),размещенный в мембране клетки EMS. Этот сигнал поляризует клетку EMS относительно ее участка контакта с клеткой P2, управляя ориентацией митотическоговеретена деления. После этого клетка EMS делится и дает две дочерние клетки,которые направляются на разные пути дифференцировки в результате действия2024Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 22.20.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
