Том 3 (1129748), страница 97
Текст из файла (страница 97)
Таким образом, латеральное ингибирование побуждает соседние клеткистремиться к разным целям. Хотя такого рода взаимодействие, как считают, обычно (в норме) зависитот межклеточных контактов, будущая сенсорная материнская клетка может быть способна подаватьтормозящий сигнал клеткам, расположенным в округе большего охвата, чем диаметр одной клетки,например, простирая длинные выросты (цитонемы), чтоб дотянуться до них.22.5. Органогенез и структурирование конечностей и придатков 2075Рис.
22.61. Результат выключения латерального ингибирования во время отделения сенсорных материнских клеток.На фотографии изображена часть груди мухи, содержащеймутантный участок ткани, в которой нейрогенный ген Deltaчастично инактивирован. Подавление латерального ингибирования заставило почти все клетки в мутантном участке(в центре картины) развиваться в сенсорные материнскиеклетки, что привело к большому избытку сенсорных волосков на этом участке. Участки, состоящие из клеток, несущихв пути Notch более сильные мутации, , вызывающие полнуюпотерю латерального ингибирования, не формируют видимыхволосков, потому что все потомство сенсорных материнскихклеток развивается в нейроны или в глиальные клетки, вместоразнонаправленной дифференцировки как в нейроны, таки во внешние части структуры волоска.
(Снимок любезнопредоставлен авторами статьи P. Heitzler and P. Simpson, Cell64: 1083–1093, 1991. С великодушного разрешения издательства Elsevier.)маленькой области лишь одна-единственнаяклетка — будущая сенсорная материнская клетка — выходит победителем и посылает сильныйтормозящий сигнал своим ближайшим соседям,но уже не получает никакого такого сигналав ответ (рис. 22.60). Последствия поломки такого регуляторного механизма представлены на рис. 22.61.22.5.11. Латеральное ингибирование направляет потомствосенсорной материнской клетки к разным целям дифференцировкиВ ходе формирования волосков многократно срабатывает один и тот же механизм латерального ингибирования, зависящий от пути Notch, — не только длятого, чтобы вынудить соседей сенсорных материнских клеток следовать иным путеми стать эпидермальными, но также и для того, чтобы позже понуждать дочерей,внучек и, наконец, правнучек сенсорной материнской клетки экспрессировать различные гены, чтобы сформировать разные компоненты волоска.
На каждом этапелатеральное ингибирование опосредствует конкурентное взаимодействие, котороевынуждает соседние клетки вести себя противодействующим образом. Используячувствительную к температуре мутацию в пути Notch, возможно выключить сигнал Notch после того, как сенсорная материнская клетка выбрана, но прежде, чемона разделится. Тогда потомство будет дифференцироваться единообразно и дастгруппу нейронов вместо четырех разнородных клеток волоска.Подобно многим другим соревнованиям, опосредствуемая латеральным ингибированием конкуренция часто оказывается нечестным: одна клетка начинает егос некоторым преимуществом, которое гарантирует ей победу.
В случае развитияклеток сенсорного волоска разных типов сильное начальное неравенство обеспечивается асимметрией при каждом из делений клеток сенсорной материнской клеткии ее потомков. Белок по имени Numb (вместе с некоторыми другими белками)сосредоточивается на одном конце делящейся клетки, так что одна дочь наследуетэтот белок Numb, а другая — нет (рис. 22.62). Белок Numb блокирует действие2076Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 22.62. Белок Numb влияет на латеральное ингибирование во время развития волоска. При каждом делении потомства сенсорной материнской клетки белок Numb сосредоточивается асимметрично,в силу чего дочерние клетки отличаются одна от другой.
Обратите внимание, что некоторые из деленийориентированы таким образом, что митотическое веретено деления лежит в плоскости эпителия, другие — под прямым углом к нему; при делениях этих разных типов локализация белка Numb управляетсяразными способами, но в каждом из них оно играет ключевую роль, состоящую в предопределении путидифференцировки клетки. (Схема построена на основании данных из М. Gho, Y. Bellaiche and F. Schweisguth,Development 126: 3573–3584, 1999. С любезного разрешения The Company of Biologists.)белка Notch. Таким образом, содержащая белок Numb клетка глуха к тормозящимсигналам от своих соседей, тогда как ее сестра остается чувствительной к ним. Таккак обе клетки первоначально экспрессируют лиганд Delta белка Notch, клетка,которая унаследовала белок Numb, идет по пути развития в нервную клетку, направляя свою сестринскую клетку по другому пути.22.5.12. Плоскостная полярность асимметричных деленийконтролируется сигналом через FrizzledЧтобы механизм Numb работал, в делящейся клетке должен быть некий механизм для перемещения детерминанта в одну сторону клетки до начала деления.Вдобавок к этому, когда клетка входит в митоз, митотическое веретено делениядолжно быть выровнено по этой асимметрии так, чтобы детерминант был тольков одной дочерней клетке во время ее деления.
В вышеупомянутом случае сенсорнаяматеринская клетка, при ее первом делении, регулярно делится и дает переднююклетку, которая наследует белок Numb, и заднюю клетку, которая его не получает.Как отмечено в главе 19, такого типа полярность в плоскости эпителия называютплоскостной полярностью (в противовес апико-базальной полярности, где клеточная асимметрия перпендикулярна плоскости эпителия). Она проявляется в единообразной ориентации смотрящих назад волосков, придающей мухе характерныйвнешний вид, словно они прилизаны ветром (рис. 22.63).Плоскостная полярность при первоначальном делении сенсорной материнскойклетки управляется сигнальным путем, подобным тому, что мы встречали в процессеуправления асимметричными делениями у нематоды (см.
рис. 22.21), и в данномслучае он зависит от рецептора Frizzled. Белки Frizzled обсуждались ранее в главе 15как рецепторы белков Wnt, но при управлении плоскостной полярностью — у мухи, вероятно, также и у позвоночных — этот путь работает особым образом: внутриклеточный переключающий механизм действует в основном на актиновый цитоскелет, а не на экспрессию генов. Внутриклеточный белок Dishevelled, нижестоящийпо отношению к Frizzled, — общий для регулирующего гены и регулирующего ак-22.5. Органогенез и структурирование конечностей и придатков 2077Рис.
22.63. Плоскостная полярность клетки проявляется в полярности волоска на спине мухи:все волоски смотрят назад. (Растровый микрофотоснимок любезно предоставлен S. Oldhamи E. Hafen, взят он из E. Spana and N. Perrimon,Trends Genet. 15: 301–302, 1999. С любезного разрешения издательства Elsevier.)тин вариантов пути передачи сигналов.Можно показать, что за эти две функцииотвечают отдельные домены молекулыбелка Dishevelled (рис. 22.64). Оба белка, и Frizzled и Dishevelled, берут своиназвания от неопрятного, неряшливоговида мух, у которых полярность щетинокнарушена (см. рис. 19.32).22.5.13. Асимметричное делениестволовых клеток генерирует дополнительные нейроныв центральной нервной системеОписанные нами механизмы управления порождением нейронов сенсорныхволосков работают, с разновидностями, также и в деле возникновения фактическивсех остальных нейронов — не только у насекомых, но и у животных других типов.
Таким образом, в центральной нервной системе зародыша как мух, так и позвоночных животных нейроны возникают из областей экспрессии пронейральныхгенов, родственных генам Achaete и Scute. Новоявленные нейроны экспрессируютлиганд Delta и попутно удерживают своих непосредственных соседей, которые экспрессируют рецептор Notch, от дифференцировки в нейроны. Когда сигнал Notchблокирован, ингибирование не срабатывает и в пронейральных областях нейронывозникают в огромном избытке за счет ненейральных клеток (рис.
22.65).Однако в центральной нервной системе в игру входит дополнительный механизм, для того чтобы помогать производить необходимые огромные числа нейронови глиальных клеток: клетки специального класса самоопределяются как нервныеклетки-предшественники, но, вместо того чтобы дифференцироваться непосредственно в нейроны или глиальные клетки, они подвергаются длинному ряду асимметричных делений, в ходе которых к их популяции добавляется целая вереницадополнительных нейронов и глиальных клеток. Этот механизм лучше всего поняту дрозофилы, хотя многочисленные наблюдения свидетельствуют о том, что что-топодобное происходит также и в развитии нервных клеток у позвоночных.В центральной нервной системе зародыша дрозофилы предшественники нервных клеток, или нейробласты, первоначально выделяются из нейрогенной эктодермы с помощью типичного механизма латерального ингибирования, которыйзависит от сигнального пути Notch.
Затем каждый нейробласт многократно делитсяасимметричным образом (рис. 22.66, а). При каждом таком делении одна дочерняяклетка остается в облике нейробласта, тогда как вторая, намного меньшего размера, специализируется в ганглиозную материнскую клетку (ganglion mothercell, GMC). Ганглиозная материнская клетка делится только один раз, дав пару2078Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 22.64. Управление плоскостной полярности клетки. а) Две ветки сигнального пути Wnt/Frizzled.
Главнаяветвь, рассмотренная нами в главе 15, управляет экспрессией генов через β-катенин; ветвь плоскостнойполярности управляет актиновым клеточным скелетом через GTPазы Rho. За эти два действия отвечаютразные домены белка Dishevelled. Еще не совсем ясно, какой член семейства сигнальных белков Wnt, еслиони вообще участвуют в этом процессе, отвечает за активацию связанной с плоскостной полярностью функцией белка Frizzled у дрозофилы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
