Том 3 (1129748), страница 98
Текст из файла (страница 98)
б) Картинка клеток, показывающая плоскостную полярность. По крайнеймере в некоторых системах плоскостная полярность клеток связана с асимметричной локализацией самогорецептора Frizzled, перетекающего во всех клетках на одну сторону (см. также главу 19, рис. 19.32).нейронов, или нейрон и глиальную клетку, или же пару глиальных клеток. Прикаждом делении нейробласт становится меньше, так как он выделяет часть своеговещества в одну ганглиозную материнскую клетку за другой.
В конечном счете,обычно приблизительно после 12-ти циклов, процесс останавливается, предположительно, по той причине, что нейробласт становится слишком маленьким, чтобысуметь пройти контрольную точку размера клетки для входа в митоз в цикле клеточного деления. Позже, в личинке, деление нейробластов возобновляется, но теперьоно сопровождается ростом клеток, благодаря чему данный процесс продолжаетсябесконечно и позволяет производить много бóльшие числа нейронов и глиальныхклеток, необходимые для взрослой мухи.Следовательно, нейробласты личинки представляют собой стволовые клет‑ки: в то время как сами они до конца не дифференцируются, они ведут себя каксамовосстанавливающийся и потенциально неистощимый источник окончательнодифференцированных клеток. В главе 23, где мы обсуждаем стволовые клеткиподробно, мы увидим, что стволовые клетки не обязательно должны делитьсяасимметрично, однако асимметричное деление — одна из возможных стратегий,и нейробласты мухи показывают нам прекрасный ее пример.22.5.
Органогенез и структурирование конечностей и придатков 2079Рис. 22.65. Эффекты блокирования сигнального пути Notch в зародыше Xenopus. В представленном здесьэксперименте в одну из клеток зародыша на двуклеточной стадии развития вводится мРНК, кодирующаяусеченную форму лиганда Delta белка Notch, вместе с мРНК гена LacZ в качестве маркера. Усеченныйбелок Delta, транслированный с этой мРНК, блокирует сигнальный путь Notch в клетках, спускающихсяот клетки, которая получила инъекцию.
Эти клетки лежат на левой стороне зародыша и опознаваемы,потому что попутно с усеченным белком Delta содержат белок LacZ (синяя окраска). Правая сторона зародыша не затронута и служит контрольным образцом. Эмбрион фиксируется и окрашивается на тойстадии, когда центральная нервная система еще не свернулась и не сформировала нервную трубку, а всееще остается более или менее плоской клеточной пластинкой — нервной пластинкой, — выставленнойна поверхности зародыша. Первые нейроны (на фотографии они окрашены фиолетовым) уже началидифференцироваться в вытянутые полосы (пронейральные области), пролегающие по обе стороныот средней линии. На контрольной (правой) стороне они представляют собой рассредоточенную подгруппупопуляции пронейральных клеток. На (левой) стороне с блокированным сигналом Notch практически всеклетки в пронейральных областях дифференцировались в нейроны, создав густо окрашенную полосунейронов без вклинивающихся в нее чужеродных клеток.
Инъекции мРНК, кодирующей нормальный,функционально активный лиганд Delta, оказывают противоположное действие, сокращая число клеток,которые дифференцируются в нейроны. (Фотография заимствована из A. Chitnis et al., Nature 375: 761–766,1995. С любезного разрешения издательства Macmilllan Publishers Ltd.)22.5.14. Асимметричное деление нейробластов оставляетингибитор клеточного деления только в одной из дочерних клетокДеления нейробласта асимметричны в трех отношениях: 1) физическом, ибо однадочерняя клетка меньше второй; 2) биохимическом в плане распределения факторов,управляющих дифференцировкой; и 3) биохимическом в плане распределения факторов, управляющих разрастанием. Если плоскость дробления должна разделить клеткуна надлежащие части, то все эти асимметрии должны быть согласованы и между собой,и с ориентацией оси митотического веретена деления.
Как же это достигается?Нейробласт обладает апико-базальной асимметрией, отражающей его происхождение из эктодермы, которая, подобно прочим эпителиальным тканям, имеетчетко обозначенную апико-базальную полярность. Как мы видели в главе 19, апико-2080Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 22.66. Нейробласты и асимметричное деление клеток в центральной нервной системе зародышамухи. а) Нейробласт возникает в виде специализированной клетки эктодермы. Он выделяется за счетлатерального ингибирования и появляется из базальной (внутренней) поверхности эктодермы. Послеэтого он проходит повторные циклы деления, делясь асимметрично и производя ряд ганглиозных материнских клеток.
Каждая такая клетка делится только один раз и дает пару дифференцированных дочерей(как правило, нейрон и глиальную клетку). б) Асимметричное распределение детерминантов пути дифференцировки клетки в выделенном нейробласте, когда он проходит митоз. Митотические хромосомыокрашены синим. Комплекс Par3/Par6/aPKC, проявленный с помощью синей окраски с использованиемиммунной метки для aPKC, сконцентрирован в апикальной коре, он заставляет белки Miranda (зеленый),Brat (красный, а там, где белки Brat и Miranda накладываются, — желтый) и Prospero (не окрашен) сосредоточиваться в базальной коре. Когда клетка делится, эти последние три молекулы отделяются в ганглиозную материнскую клетку, вынуждая ее дифференцироваться, а нейробласту давая возможностьвосстановить свою асимметрию и делиться снова таким же образом. (Изображение б заимствованоиз C. Y. Lee et al., Dev.
Cell 10: 441–449, 2006. С любезного разрешения издательства Elsevier.)базальная полярность управляется комплексом из трех белков — Par3 (называемыйтакже Bazooka у дрозофилы), Par6 и aPKC (атипичная протеинкиназа C), — который локализуется в кортикальном слое клетки на ее апикальном конце. Этот локализованный комплекс Par3/Par6/aPKC, как предполагают, является первичнымисточником асимметрии нейробласта.
Привлекая другие компоненты, некоторыеиз которых имеют механизм обратной связи и тем самым поддерживают локализацию комплекса, он координирует весь процесс неравного деления.Комплекс Par3/Par6/aPKC определяет ориентацию митотического веретенаделения и обусловливает неравное деление клетки в процессе цитокинеза за счетвзаимодействия с адаптерными белками по имени Inscuteable и Partner of Inscuteable (Pins). Они, в свою очередь, рекрутируют α-субъединицу тримерного G-белка(рассмотренного нами в главе 15), которая в данном контексте выступает в роливнутриклеточного посредника, проводящего организацию клеточного скелета.В то же время комплекс Par3/Par6/aPKC фосфорилирует регулятор внутриклеточной архитектуры, названный Lgl (Lethal giant larvae) и таким образомпобуждает другой адаптерный белок, названный Miranda сконцентрироваться в кортикальном слое клетки на ее противоположном (базальном) конце (рис. 22.66, б).22.5.
Органогенез и структурирование конечностей и придатков 2081Miranda связывает белки, которые управляют дифференцировкой и пролиферацией, сосредоточивая их в том же участке. Когда нейробласт делится, белок Mirandaи белок, с которым он связан, остаются в ганглиозной материнской клетке. Одна измолекул, перенесенных таким образом в ганглиозную материнскую клетку, — регуляторный белок по имени Prospero, который управляет дифференцировкой клетки.Еще один — посттранскрипционный репрессор по имени Brat (Brain Tumor). Bratслужит ингибитором пролиферации клеток, очевидно, предотвращая выработку активизирующего рост белка Myc, печально известного своей ролью в развитии рака(мы обсуждали его в главе 20). У мутантов с дефектным белком Brat, или там, гдеон не локализован надлежащим образом, меньшая дочерняя клетка — результатасимметричного деления нейробласта — часто не в состоянии дифференцироватьсяв ганглиозную материнскую клетку, а, вместо этого, растет и делится как нейробласт.В итоге образуется опухоль мозга — масса нейробластов, которая растет по экспоненциальному закону без ограничений, пока муха в конце концов не умирает.Имеются ли в тканях позвоночных стволовые клетки, которые ведут себяподобно нейробластам мухи, — сегодня этот вопрос вызывает большой интерес,особенно в ракурсе проблем возникновения рака.22.5.15. Сигнальный путь Notch регулирует тонкие деталираспределения дифференцированных клеток в самых разных тканяхКаждая дочерняя клетка нормальной ганглиозной материнской клетки можетстать или нейроном или глиальной клеткой.
Этот заключительный выбор, подобновыбору пути дифференцировки клеток для потомства сенсорной материнской клетки в периферической нервной системе, управляется с помощью сигнального путиNotch и латерального ингибирования. Фактически опосредствуемое сигналом Notchлатеральное ингибирование является определяюще важным для увеличения многообразия клеток и тонкой регуляции структуры в огромном разнообразии различныхтканей.
У мухи оно контролирует не только образование нейронов, но также и клеток многих других дифференцированных типов: например, в мышцах, в выстилкекишечного тракта, в выделительной системе, в трахеях, а также в глазу и другихорганах чувств. У позвоночных животных гомологи рецептора Notch и его лигандовэкспрессируются в соответствующих тканях и имеют схожие функции: например,мутации в пути Notch нарушают баланс не только для нейронов и прочих клетокв центральной нервной системе, но также и клеток различных специализированныхтипов в выстилке кишечника, эндокринных и экзокринных клеток в поджелудочнойжелезе, сенсорных и поддерживающих клеток в органах чувств типа уха.Во всех этих тканях требуется сбалансированная смесь клеток различныхтипов. Сигнальный путь Notch обеспечивает средства получения такой смеси, позволяя отдельно взятым клеткам, экспрессирующим один набор генов, побуждатьсвоих ближайших соседей экспрессировать другой набор генов.22.5.16. Некоторые ключевые регуляторные гены определяют типклетки, другие могут активизировать программу создания целогоорганаКак мы упоминали в начале этой главы, существуют некоторые гены, продукты которых служат своего рода переключателями для развития определенногооргана, запускающими и согласовывающими всю сложную программу экспрессии2082Часть 5.
Клетки в контексте их совокупностигенов, требующуюся для этой цели. Так, например, когда ген Eyeless искусственноэкспрессируется в участке клеток в имагинальном диске ноги, в нем развиваетсяучасток хорошо организованной глазной ткани с правильным взаимным расположением всех ее клеток различных типов (см. рис. 22.2). Сходным образом, намногопозже, когда клетка делает свой окончательный выбор того или иного способадифференцировки в контексте взаимодействий, опосредованных сигналом Notch,она должна следовать сложной программе, предполагающей экспрессию большогонабора генов, но эта программа дифференцировки запускается и контролируетсянамного меньшим набором регуляторов высокого уровня.
Такие регуляторы иногданазывают «главными регуляторными белками» (хотя даже они могут оказывать своеспецифическое действие только в сочетании с правильными партнерами и тольков клетке, которая соответствующим образом подготовлена).Пример — семейство регуляторных белков MyoD/миогенин. Эти белки заставляют клетки дифференцироваться в мышечные, экспрессируя специфическиедля мышц актины и миозины, а также все остальные цитоскелетные, метаболическиеи мембранные белки, которые нужны мышечной клетке (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
