Том 3 (1129748), страница 95
Текст из файла (страница 95)
22.54. Компартменты в крыле взрослой мухи. а) Формы меченых клонов в крыле дрозофилы показывают существование границ компартментов. Их края прямые в области примыкания к такой границе.Даже когда меченый клон генетически видоизменили так, чтобы он рос быстрее, чем остальная частькрыла, и поэтому был очень большим, то он взаимодействовал с границей таким же образом (правыйрисунок). Обратите внимание, что граница компартмента не совпадает с центральной жилкой крыла.б) Картина экспрессии гена Engrailed в крыле, проявленная тем же способом, что и для взрослой мухи,представленной на рис.
22.41. Граница компартмента совпадает с границей области экспрессии генаEngrailed. (Изображение а переработано на основе F. H. C. Crick and P. A. Lawrence, Science 189: 34–347,1975. С любезного разрешения издательства AAAS; изображение б любезно предоставлено ChihiroHama и Tom Kornberg.)экспрессию других генов в точно предопределенных местоположениях в пределахкаждого компартмента.22.5.7. Размер каждого компартмента регулируетсявзаимодействиями между его клеткамиОдной из наиболее загадочных и плохо изученных сторон развития животныхостается управление ростом: почему каждая часть тела растет до точно заданногоразмера? Эту проблему замечательно отображают имагинальные диски дрозофилы.С помощью индуцированной соматической рекомбинации можно, например, создавать группы клональных клеток, которые разрастаются быстрее, чем все остальныеклетки развивающегося органа. Клон может расти и занять почти весь компартмент,в котором он находится, и все же он не переходит границу компартмента.
Его на удивление быстрый рост не оказывает почти никакого влияния на конечный размер компартмента, его форму и даже на детали его внутренней структуры (см. рис. 22.54).Очевидно, клетки компартмента каким-то образом взаимодействуют друг с другоми определяют, когда его рост должен остановиться, причем каждый компартментведет себя в этом отношении как самостоятельная регуляторная единица.2068Часть 5.
Клетки в контексте их совокупностиРис. 22.55. Морфогенетические сигналы, вырабатываемые на границах компартментов в имагинальномдиске крыла. а) Создание сигнальной области Dpp на передне-задней границе компартмента посредствомпередаваемого белком Hedgehog взаимодействия между передними и задними клетками. Аналогичным образом опосредованное белком Notch взаимодействие между дорсальными и вентральными клетками создаетсигнальную область Wingless (Wnt) по дорсо-вентральной границе.
б) Наблюдаемые картины экспрессиибелков Dpp и Wingless. Хотя вроде бы ясно, что белки Dpp и Wingless выступают в роли морфогенов, в точности еще не известно, как они распространяются из своих источников. Отмечено, что клетки в имагинальномдиске имеют длинные цитонемы, позволяющие им ощущать сигналы на расстоянии. Так что, может быть, этопринимающая клетка отправляет свои датчики к источнику сигнала, а не сигнал переносится к принимающейклетке.
(Фотоснимки б заимствованы благодаря любезности Sean Carroll и Scott Weatherbee из S. J. Day andP. A. Lawrence, Development 127: 2977–2987, 2000. С великодушного разрешения The Company of Biologists.)Первый вопрос — регулируется ли размер компартмента в соответствиис заданным числом содержащихся в нем клеток. Чтобы ускорить или замедлитьделение клеток без изменения скорости роста их самих или ткани, можно прибегнуть к мутациям в компонентах механизмов управления клеточным циклом. Этовыливается в неестественно большие числа неестественно маленьких клеток илив противоположную картину, но размер, то есть площадь компартмента, остаетсяпрактически неизменным.
Таким образом, регулирующий механизм, по-видимому,зависит от сигналов, которые указывают физическое расстояние между одной частьюкомпартмента и другой, и от ответов клеток, которые так или иначе воспринимаютэти сигналы, чтобы остановить рост только тогда, когда расстояние между этимичастями достигнет надлежащей величины.Регуляция роста такого типа поразительно проявляется во вставочной регене‑рации, которая происходит, когда отдельные части имагинального диска дрозофилыили растущей лапки таракана хирургически пересаживаются рядом друг с другом.22.5. Органогенез и структурирование конечностей и придатков 2069После пересадки клетки в окрестности соединения разрастаются и заполняют частиструктуры, которая в норме должна лежать между ними, и продолжают свой ростдо тех пор, пока не будет восстановлен нормальный интервал между ориентирами(рис.
22.56). Механизмы, которые обусловливают это явление, представляются намнеобъяснимой загадкой, но кажется весьма вероятным, что они подобны механизмам, которые регулируют рост при естественном ходе событий.Рис. 22.56. Вставочная регенерация. Когда несоответствующие части растущей лапки таракана пересаживаются по соседству, новая ткань (окрашена зеленым) вставляется между ними (за счет разрастанияклеток) и заполняет промежуток в расположении структур лапки, а тем самым восстанавливает сегментлапки нормального размера и конфигурации.Какой механизм мог бы гарантировать, что каждая маленькая часть структуры в пределах компартмента дорастет до своего надлежащего размера, несмотряна местные нарушения в скоростях роста или в начальных условиях? Градиентыморфогенов (например, Dpp и Wingless) создают структуру, определяя разные признаки клеток, стоящих в разных положениях.
Возможно ли, что клетки в каждойобласти могут как-нибудь ощущать, сколь тесно пространство структуры, — сколькрут градиент изменения характера клеток, — и продолжать свой рост, пока тканьне увеличится до нужной степени?Эту мысль проверили путем создания в диске крыла клонов клеток, в которыхнижестоящие компоненты сигнального пути Dpp неправильно экспрессировались,чтобы осуществлять уровень активации пути выше или ниже, чем в соседних клетках. С точки зрения клеток условия на границе мутантного клона в этом случаеэквивалентны условиям, возникающим при очень резком градиенте сигнала Dpp.В результате клетки в этой окрестности стимулируются к делению с увеличенной скоростью.
Наоборот, если в средней области развивающегося диска крылауровень сигнала Dpp сделать равномерным, тогда как в норме он был бы резкимградиентом, деление клеток там затормозится. Кажется, что крутизна градиентадействительно управляет скоростью разрастания. Но если это так, то как клеткиощущают крутизну градиента?Ответ неизвестен, но есть явные указания на то, что данный механизм зависит от сигналов, вырабатываемых в местах межклеточных соединений, где клеткис разными уровнями активации пути образуют контакт. Как обсуждалось в главе 19,мутации в соединительных компонентах, таких как белок скэффолда Discs-large(Dlg) или член суперсемейства кадгеринов белок Fat может вызвать резкий отказсистемы управления ростом, позволяя диску крыла вырастать намного большеположенного ему размера.
В случае с Fat в качестве компонентов сигнального2070Часть 5. Клетки в контексте их совокупностипути, который ведет от Fat в клеточной мембране к управлению экспрессией геновв ядре, идентифицирована группа других молекул, а в их числе и две протеинкиназы: Hippo и Warts. Продукты их генов-мишеней включают регулятор клеточногоцикла циклин E и ингибитор апоптоза, а также микроРНК, Bantam, которая, повидимому, является существенной частью механизма управления ростом. Несмотряна эти интригующие данные, механизмы, управляющие размерами органов, все ещеостаются загадкой. Если мы сможем обнаружить, как они работают у дрозофилы,мы сможем получить некоторые представления об управлении размерами органову позвоночных, в отношении которых наше недоумение по поводу этого фундаментального вопроса на сегодняшний день еще глубже3. Что до прочих сторон развития органов, которые мы как раз и собираемся обсудить, то мухи и позвоночныенеожиданно похожи на молекулярном уровне, а это позволяет предположить, чтоих механизмы управления ростом тоже могут оказаться подобными.22.5.8. У всех позвоночных построение плана конечностейосуществляется сходными механизмамиКонечности позвоночных по виду сильно отличаются от таковых у насекомых.Например, крыло насекомого состоит главным образом из двух сложно структурированных слоев эпителия с очень малым количеством ткани между ними.
Напротив,конечность позвоночного состоит из замысловато структурированной системы мышц,костей и других соединительных тканей под слоем тонкого и обладающего намногоболее простой структурой эпидермального покрова. Более того, эволюционные данныепозволяют предположить, что последний общий предок насекомых и позвоночных,возможно, не имел ни ног, ни рук, ни крыльев, ни плавников и что в ходе эволюциимы независимо развивали эти различные придатки.
И все же, когда мы исследуем молекулярные механизмы, которые управляют развитием конечностей позвоночных, мынаходим удивительное число сходств с конечностями насекомых. Мы уже упомянулинекоторые из этих сходств, но есть и много других: почти все молекулы, которые мыуже наблюдали в крыле мухи, имеют свои аналоги в конечности позвоночного, хотяони экспрессируются в разных взаимных пространственных расположениях.Параллели наиболее досконально изучены в зародыше курицы. Как мы видели ранее, нога или крыло курицы образуется из имеющей форму языка почкиконечности, состоящей из массы клеток эмбриональной соединительной ткани,названных мезенхимными клетками, заключенных в рубашку из эпителия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
