Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 435
Текст из файла (страница 435)
Латеральное иигибирование. а) Основной механизм опосредствуемого белком матса конкурентного латерального ингибирования, показанный на примере пары взаимодействующих клеток. На этой схеме отсутствие цвета на белках или на линиях эффектора означает их бездействие. б) Исход того же процесса, происходящего в более многочисленной группе клеток. Сначала все клетки в группе эквивалентны и экспрессируют и трансмембранный рецептор матса, и его трансмембранный лиганд Оейа.
Все клетки стремятся специализироваться (как сенсорные материнские клетки) и каждая из них посылает тормозящий сигнал своим соседкам, дабы воспрепятствовать их специализации в том же направлении и. В итоге возникает конкурентная ситуация. Как только отдельная клетка получает какое либо преимущество в таком соревновании, это преимущество начинает усиливаться. Вы игры зающая клетка, по мере того как она становится все более и более дифференцированной в сенсорную материнскую клетку, тормозит своих соседей все сильнее, И наоборот, по мере тою как зти соседи теряют способность дифференцироваться в сенсорные материнские клетки, они теряют также и способность удерживать остальные клетки от этого шага.
Таким образом, латеральное ингибирование побуждает соседние клетки стремиться к разным целям. Хотя такого рода взаимодействие, как считают, обычно (в норме) зависит от межклеточных контактов, будущая сенсорная материнская клетка может быть способна подавать тормозящий сигнал клеткам, расположенным в округе большего охвата, чем диаметр одной клетки, например, простирая длинные выросты (цитонемы), чтоб дотянуться до них. 22.$.0)ивиогенез и сгрувтурнроввиие.конейиостей й придатков 2ОУБ. Рис. 22.61. Результат выключения латерального ингибироаания во время отделения сенсорных материнских клеток. На фотографии изображена часть груди мухи, содержащей мугантный участок ткани, в которой нейрогенный ген Оеяа частично инактивирован. Подавление латерального ингибироаания заставило почти все клетки в мутантном участке )в центре картины) развиваться в сенсорные материнские клетки, что привело к большому избытку сенсорных волосков на этом участке.
Участки, состоящие из клеток, несущих в пути Нотсп более сильные мутации, вызывающие полную потерю латерального ингибирования, не формируют видимых волосков, потому что все потомство сенсорных материнских клеток развивается в нейроны или а глиальные клетки, вместо разнонаправленной дифференцировки как в нейроны, так и во внешние части структуры волоска. (Снимок любезно предоставлен авторами статьи Р. Неат)ег апо' Р. 5кпрмгп, Сей 64: 1083-1093, 1991. С великодушного разрешения издательства Еаеу)ег) маленькой области лишь одна единственная клетка -- будущая сенсорная материнская клет ка — выходит победителем и посылает сильный тормозящий сигнал своим ближайшим соседям, но уже не получает никакого такого сигнала в ответ (рис. 22.60). Последствия поломки та кого регуляторного механизма представлены на рис. 22.6) .
200 мкм 22.5.11. Латеральное ингибирование направляет потомство сенсорной материнской клетки к разным целям дифференцировки В ходе формирования волосков многократно срабатывает один и тот же механизм латерального ингибирования, зависящий оз. пути )т)оССЬ, — не только для того, чтобы вынудить соседей сенсорных материнских клеток следовать иным путем и стать эпидермальными, но также и для того, чтобы позже понуждать дочерей, внучек и, наконец, правнучек сенсорной материнской клетки экспрессировать различные гены, чтобы сформи)ввать )зазные компоненты волоска.
Па каждом этапе латеральное ингибирование опосредствует конкурентное взаимодействие, которое вынуждает соседние клетки вести себя противодействующим образом. Используя чувствительную к температуре мутацию в пути Ь)оССЬ, возможно выключить сиг нал Ь)оССЬ после того, как сенсорная материнская клетка выбрана, но прежде, чем она разделится. Тогда потомство будет дифференцироваться единообразно и даст группу нейронов вместо четырех разнородных клеток волоска. Подобно многим другим соревнованиям, опосредствуемая латеральным инги бированием конкуренция часто оказывается нечестным: одна клетка начинает его с некоторым преим)чцеством, которое гарантирует ей победу. В случае развития клеток сенсорного вол<кка разных типов сильное начальное неравенство обеспечивается асимметрией при каждом из делений клеток сенсорной материнской клетки и ее потомков.
Белок по имени ЫцшЬ (вместе с некоторыми другими белками) сосредоточивается на одном конце делящейся клетки, так что одна дочь наследует этот белок )чшпЬ, а другая — нет (рис. 22.62). Белок Ь)шпЬ блокирует действие 207бг . -,Часть 5.,Клгатки в контексзтаиха®ак)гпибстти,:, асимметричное расположение белка НцгпЬ при каждом делении шввнновсквя -Щ-Ф втв кпвткв погибает или становится гливпьной нейрон Рис. 22.62.
белан НипЬ влияет нв лвтервльное ингибироввние во время развития волоснв. При каждом делении потомствэ сенсорной материнской клетки белок НогпЬ сосредоточивается асимметрично, в силу чего дочерние клетки отличаются одна от другой. Обратите внимание, что некоторые из делений ориентированы таким образом, что митотическое веретено деления лежит в плоскости эпителия, другие — под прямым углом к нему; при делениях этих разных типов локализация белка КцеЬ управляется разными способами, но в каждом из них оно играет ключевую роль, состоящую в предопределении пути дифференцировки клетки. (Схеме построена нв основании данных из М.
бьо, у. Вейэеке вод К 5скшещитн, Рекеlортепт 126: 3573-3584, 1999. С любезного разрешения Тпе Согпрэпу оу Вкюйорзтз.] белка 1чо1сЬ. Таким образом, содержащая белок ХпптЬ клетка глуха к тормозящим сигналам от своих соседей, тогда как ее сестра остается чувствительной к ним. Так как обе клетки первоначально экспрессируют лиганд 1)е!га белка )чоссЬ, клетка, которая унаследовала белок гч'шпЬ, идет по пути развития в нервную клетку, на правляя свокз сестринскую клетку по другому пути. 22.5.12. Плоскостная полярность асимметричньзх делений контролируется сигналом через гг1221ес) Чтобы механизм Ь)птЬ работал, в делящейся клетке должен быть некий ме ханизм для перемещения детерминанта в одну сторону клетки до начала деления. Вдобавок к этому, когда клетка входит в митоз, митотическое веретено деления должно быль выровнено по атой асимметрии так, чтобы детерминант был только в одной дочерней клетке во время се деления.
В вышеупомянутом случае сенсорная материнская клетка, при ее первом делении, регулярно делится и дает переднюкт клетку, которая наследует белок Мшп1Х и заднюю клетку, которая его не получает. Как отмечено в главе 19, такого типа полярность в плоскости эпителия называют алоскостггой полярностью (в противовес апико базальной полярности, где клеточная асимметрия перпендикулярна плоскости эпителия).
Она проявляется в еди нообразной орисгггации смотрящих назад волосков, придающей мухе характерный внешний вид, словно они прилизаны ветром (рис. 22,63). Плоскостная полярность при первоначальном делении сенсорной материнской клетки управляется сигнальным путем, подобным тому, что мы встречали в процессе управления асимметричными делениями у нематоды (см. рис.
22.21), и в данном случае он зависит от рецептора г г1221ег1. Белки г газ! ег) обсуждались ранее в главе 15 как рецепторы белков Ъ'п1, но при управлении плоскостной полярностью — у мух и, вероятно, также и у позвоночных — этот пугь работает особым образом; внутри- клеточный переключающий механизм действует в основном на актиновый цитоскелет, а не на экспрессию генов.
Внутриклеточный белок Р19Ьеуе!1ег1, нижестоящий по отношению к Гг1221ег), — общий для регулирующего гены и регулирующего ак- 22г5.Орган(згегнеа'и суруктурированилеконеунмтей, ййридатков" 2ОФ перепроизводство нейронов на получившей инъекцию стороне нервная пластинка югьвкция мРНК 0,2 мм Рис. 22.65. Эффекты блокирования сигнального пути Нотсв в зародыше Хелориз. В представленном здесь эксперименте в одну из клеток зародыша на двуклеточной стадии развития вводится мРНК, кодирующая усеченную форму лиганда Веаа белка мотов вместе с мРНК гена сас2 в качестве маркера.