Том 3 (1129748), страница 99
Текст из файла (страница 99)
7.75). Регуляторныебелки, которые определяют конкретные типы клеток, часто принадлежат (так же каки MyoD и его родственники) к семейству транскрипционных факторов, основнойдомен типа спираль–петля–спираль и кодируемых генами, которые гомологичны,а в некоторых случаях явно идентичны пронейральным генам, которые мы ужеупоминали. Зачастую их экспрессия управляется сигнальным путем Notch черезхитросплетение петель обратной связи.Терминальная дифференцировка клеток завершает наш обзор на тему того,как гены управляют созданием мухи.
Во многом он был значительно упрощен.В каждом из описанных нами процессов развития участвует намного больше генов,чем мы упомянули. Петли обратной связи, альтернативные механизмы, работающиепараллельно, генетическая избыточность и другие явления еще сильнее усложняютобщую картину событий. Несмотря на все это, важнейший постулат генетики развитияизумляет своей неожиданной простотой. За управление главными особенностямиразвития всех многоклеточных животных отвечает ограниченное число генов и механизмов, используемых многократно в разных обстоятельствах и комбинациях.Далее мы обращаемся к важной стороне развития животных, которую мыдо сих пор оставляли в тени: к перемещению клеток.ЗаключениеВнешние органы взрослой мухи развиваются из эпителиальных структур,называемых имагинальными дисками.
В самом начале каждый имагинальный диск,в результате процессов сегментации зародыша на ранних стадиях развития,делится на небольшое число областей, экспрессирующих разные регуляторныебелки. Эти области называют компартментами, потому что клетки из разныхобластей не смешиваются друг с другом. На границах компартментов клетки,экспрессирующие разные гены, противостоят друг другу и взаимодействуют,вызывая локальный синтез морфогенов, которые управляют дальнейшим ростом и образованием внутренней структуры каждого такого компартмента.Так, в диске крыла дорсальные и вентральные клетки взаимодействуют с помощью сигнального механизма Notch и создают источник белка Wingless (Wnt)по дорсо-вентральной границе компартментов, тогда как передние и задниеклетки взаимодействуют через сигнальный путь ближнего порядка Hedgehog22.6.
Перемещения клеток и формирование тела позвоночного животного 2083и создают источник белка Dpp (член семейства TGFβ) по передне-задней границе компартментов. Все эти сигнальные молекулы имеют гомологов, которыеиграют схожие роли при развитии конечностей позвоночных.Каждый компартмент имагинального диска и каждая субструктура внутри него растут до точно предсказуемого размера, даже вопреки серьезнымнарушениям, таким как мутации, которые изменяют скорость деления клеток.Хотя нет сомнений, что в это дело вовлечены установившиеся в диске градиенты морфогенов, ключевые регуляторные механизмы, управляющие размероморгана, еще не удалось объяснить.В пределах каждого компартмента градиенты морфогенов управляют участками экспрессии следующих наборов генов, определяя группы клеток, которыеопять же взаимодействуют друг с другом, чтобы создать тончайшие деталиокончательной картины дифференцировки клеток.
Так, экспрессия пронейральных генов определяет участки, на которых образуются сенсорные волоски,а опосредствуемые сигнальным путем Notch взаимодействия среди клеток пронейральной группы, наряду с асимметричными делениями клеток, вынуждаютразные клетки одного волоска следовать разными путями заключительнойдифференцировки. Подобным же образом в центральной нервной системе нейробласты выделяются из эктодермы путем латерального ингибирования, а затем проходят длинный ряд асимметричных делений в роли стволовых клеток ипорождают нейроны и глиальные клетки.
Сбои в асимметричном распределениимолекул, которые управляют дифференцировкой и пролиферацией клеток, могутпревратить нейробластные стволовые клетки в опухолевые клетки.Есть основания полагать, что многие из этих же механизмов также работают и в тканях позвоночных.22.6. Перемещения клеток и формирование телапозвоночного животногоБольшинство клеток в теле животного обладает подвижностью, и в развивающемся зародыше их перемещения нередко характеризуются большой протяженностью, массовостью и поражающими воображение, абсолютно неожиданными последствиями. Путем управляемых изменений в картинах экспрессии геновсоздаются упорядоченные массивы клеток, находящихся в разных состояниях;в ходе перемещения клеток такие клеточные строительные блоки перестраиваютсяи помещаются в предписанные им места.
Характер перемещения клеток определяют экспрессируемые в них гены; в этом смысле управление экспрессией геновесть первичное явление. Однако сами перемещения клеток тоже имеют крайневажное значение и должны быть объяснены, если мы хотим понять, как создаетсяархитектура тела. В этом параграфе мы разберем этот вопрос в контексте развитияпозвоночного.
В качестве главного примера мы возьмем лягушку Xenopus laevis(рис. 22.67), позволившую изучить перемещения клеток особенно хорошо, хотябудем привлекать также и данные о курице, рыбке данио рерио и мыши.22.6.1. Полярность зародыша земноводного зависитот полярности яйцаЯйцо Xenopus представляет собой крупную клетку, чуть более миллиметрав диаметре (рис.
22.68, а). Светлоокрашенный нижний конец яйца называют веге-Часть 5. Клетки в контексте их совокупности2084Рис. 22.67. Краткая схема развития Xenopus laevis от недавно оплодотворенного яйца до самостоятельно питающегося головастика. На фотографии сверху представлена взрослая лягушка. Стадии развитияпоказаны в боковой проекции, за исключением 10-часового и 19-часового зародышей, которые рассматриваются соответственно снизу и сверху. Все стадии, кроме взрослого животного, показаны в одноми том же масштабе. (Фотоснимок любезно предоставлен Jonathan Slack; рисунки набросаны на основеP. D. Nieuwkoop and J. Faber, Normal Table of Xenopus laevis [Daudin]. Amsterdam: North-Holland, 1956.)тативным полюсом; темного цвета верхний конец называют анимальным4 полюсом.В анимальном и вегетативном полушариях содержатся разные наборы из молекулмРНК и иных компонентов клетки, которые при последующем делении яйцеклеткипосле оплодотворения будут распределены по разным клеткам.
Например, околовегетативного полюса находится скопление молекул мРНК, кодирующей регуляторный белок VegT (ДНК-связываюший белок из семейства T-бокс содержащихтранскрипционых факторов), сигнальные белки из суперсемейства TGFβ, а такженекоторые готовые к выполнению своей функции компоненты сигнального путиWnt (рис. 22.68, б). В результате такой асимметрии клетки, унаследовавшие вегетативную цитоплазму, производят сигналы, организующие поведение соседнихклеток: они настроены на формирование кишечника — самой внутренней тканитела; клетки, которые унаследуют анимальную цитоплазму, сформируют наружные ткани.
Таким образом, если не вдаваться в подробности, можно сказать, чтоанимально-вегетативная ось яйца соответствует измерению будущего организмав проекции снаружи-внутрь (или кожа-кишечник).Оплодотворение запускает ряд делений и перемещений клеток, после которого,вегетативные клетки и клетки экваториальной (срединной) области анимально4«Вегетативный» (vegetal) и «анимальный» (animal) — традиционные эмбриологические термины,которые лишь обозначают полюса бластомера и не имеют отношения к растительному и животномуцарствам, как можно было бы подумать. — Прим.
ред.22.6. Перемещения клеток и формирование тела позвоночного животного 2085Рис. 22.68. Яйцо Xenopus и его асимметрии. а) Фотография яйца в боковой проекции, отснятая передсамым оплодотворением. б) Асимметричное распределение молекул в яйце и происходящие измененияоного после оплодотворения, в результате которых устанавливается дорсо-вентральная и анимальновегетативная асимметрии. Оплодотворение с помощью реорганизации микротрубочек клеточногоскелета вызывает поворот кортикального слоя яйца (глубиной в несколько мкм) примерно на 30° относительно его ядра в направлении, определяемом участком проникновения в него сперматозоида.Некоторые компоненты переносятся еще дальше к будущей дорсальной стороне посредством активноготранспорта по микротрубочкам. Устанавливающаяся в дорсальной области концентрация мРНК генаWnt11 запускает там синтез сигнального белка Wnt11 и обозначает дорсо-вентральную полярностьбудущего зародыша.
(Фотоснимок а любезно предоставлен Tony Mills.)вегетативной оси в конечном счете окажутся внутри зародыша. В ходе этих сложных перемещений закладываются три главные оси тела: передне-задняя, от головык хвосту; дорсо-вентральная, от спины к животу; и срединно-боковая, от срединнойлинии наружу — влево и вправо. Ориентация этих осей определяется асимметриями зародыша на ранних стадиях его развития. Неоплодотворенное яйцо обладаеттолько одной осью асимметрии — анимально-вегетативной, — но оплодотворениезапускает события внутриклеточного перемещения, которые придают яйцу дополнительную асимметрию, определяющую вторую ось под прямым углом к этой первойоси. После проникновения сперматозоида в яйцо внешний, обогащенный актином2086Часть 5.
Клетки в контексте их совокупностикортикальный слой цитоплазмы яйца поворачивается относительно его сердцевины,так что анимальный полюс кортикального слоя немного смещается в одну сторону.Различные методы обработки, блокирующие такой поворот, но допускающие обычное протекание дробления, приводят к получению зародыша, у которого имеетсяцентральная кишка, однако полностью отсутствуют дорсальные структуры и ненаблюдается никакой дорсо-вентральной асимметрии.
Исходя из этого становитсяочевидным, что поворот кортикального слоя необходим для определения дорсовентральной оси будущего тела, и ось асимметрии, созданная в яйце за счет такогоповорота, называется дорсо-вентральной осью яйца. Однако следует иметь в виду,что последующие перемещения клеток говорят о том, что истинные взаимосвязимежду осями яйца и будущими осями тела гораздо сложнее, чем позволяет предположить эта терминология. Направление поворота кортикального слоя изменяетсяв зависимости от точки проникновения сперматозоида — возможно, посредствомцентросомы, которую сперматозоид приносит в яйцо, а движение этого слоя сопряжено с реорганизацией микротрубочек в цитоплазме яйца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
