Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 444
Текст из файла (страница 444)
Как мы увидим в следующей главе, многие ткани взрослого организма также содержат стволовые клетки, способные неограниченно делиться без окончательной дифференцировки, однако такие взрослые стволовые клетки, когда им вьшадает шанс дифференцироваться, обычно дают начало клеткам, дифференцирующнмся лишь в узко ограниченном диапазоне типов. Состояние, в котором задерживаются ЕЯ клетки, кажется, эквивалентно таковому нормальных клеток внутренней клеточной массы. Это можно показать, если взять ЕЯ клетки с чашки для культивирования и ввести их в нормальную бластоцисту (рис. 22.91). Введенные клетки включаются во внугреннюю клеточную массу бластоцисгы и могут внести вклад в формирование нормальной во всех отношениях химерной мыши.
Потомки введенных стволовых клеток можно обнаружить практически в любой из тканей этой мыши, где они хорошо дифференцируются соответственно своему новому местоположению и даже могут сформировать жизнеспособные половые клетки. Необычайно приспосабливаемое поведение ЕЯ клеток показывает, что сзммулы от соседей такой клетки не только управляют выбором между разными путями дифференцировки, по могут также остановить или пустить в ход хронометр к По-русски: ЭСК. — Прим. ред. 2114 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности при помощи техники генетического нокаута (стандартными приемами, основанными на рекомбинации в ЕЯ клетках). В полученной нокаутной мутантной мыши нарушается весь процесс разветвляющего морфогенеза — первичный зачаток эпителия легкого все же формируется, но оказывается не в состоянии прорасти в мезенхиму и создать бронхиальное дерево.
И наоборот, микроскопическая бусинка, вымоченная в белке ГСГ10 и помещенная около зародышевого эпителия легкого в культуре, побуждает зачаток сформироваться и расти в ее сторону. Вполне очевидно, что эпителий вторгается в мезенхиму только по приглашению, в ответ на сигнал от белка ГОГ10. Но что заставляет растущие эпителиальные трубки многократно ветвиться по мере их ипвазии? Кажется, это зависит от сигнала белка Яоп1с Ьедйейой, который посылается во встречном сигналу ГОГ10 направлении от эпителиальных клеток на кончиках зародышей обратно к мезепхиме. У мышей с отсутствием сигнала Яоп(с Ьес1йейой эпителий легкого растет и дифференцируется, однако вместо ветвящегося дерева трубочек образует мешок.
Тем временем сигнал ГСГ10, вместо того чтобы ограничиться малыми группами клеток мезенхимы (где каждая такая группа служит маяком, направляющим рост отдельного эпителиального зачатка), экспрессируется широкими полосами клеток, непосредственно примыкающих к эпителию. Это открытие наводит на мысль о том, что сигнал Яоп1с Ьеддейоя может служить для того, чтобы отключать экспрессию сигнала ГОГ10 в клетках мезенхимы, наиболее близких к растущему кончику зачатка, в силу чего выделяющая сигнал ГС10 группа расщепляется на две отдельные группы, что, в свою очередь, вынуждает зачаток разветвиться надвое (см.
рис. 22.92, а). Ветвящийся рост эпителия и мезенхимы должен быть согласован с развитием сопряженных кровеносных сосудов, и весь этот процесс в целом вовлекает большое количество дополнительных сигналов. Многие звенья этой системы все еще остаются непонятыми. Однако же достоверно известно, что дрозофила для управления разветвляющим морфогенезом своей трахеальной системы — трубочек, которые образуют дыхательные пути насекомого, — использует во многом подобный механизм. Аналогичным образом у мухи этот процесс зависит от белка ГОГ дрозофилы, кодируемого геном ВгапсЫезз, и рецептора белка ГОГ дрозофилы, кодируемого геном Вгеай1езз, причем работа обоих белков плодовой мушки осуществляется так же, как и у мыши.
И в самом деле, генетические исследования трахеального развития у дрозофилы выявили также и другие компоненты управляющего механизма, а гены плодовой мушки привели нас к их гомологам у позвоночных. Генетические манипуляции над мышами дали нам возможность проверить, имеют ли эти гены подобные функции также и у млекопитающих; поразительно, что так оно и есть. Заключение Мышь завоевала место главного модельного организма в деле изучения молекулярной генетики развития млекопитающих. Развитие мыши во многом подобно развитию других позвоночных животных, но начинается с особой стадии, необходимой для формирования внезародышевых структур, таких как амнион и плаиента. Для создания нокаутированных генов и других целенаправленных генетических видоизменений были изобретены мощные методы, опирающиеся на авторегуляторные свойства клеток внутренней клеточной массы мышиного зародыша.
Эти клетки можно поместить в культуру и растить в ней в виде эмбриональных стволовых клеток (ЕБ клеток). При правильных условиях культивирования ЕБ клетки могут неограниченно пролиферировать без диф- 2г2,3; РВЭВйТЗЗЕ Нйрайрй т':))СТВ)ВЫ;2Я5 ференцировки и сохранять способность давать начало любой части организма, если их вводят обратно в ранний зародыш мьгши. В ходе исследований на мышах было выявлено много оби~ггх процессов развипгия, включая и большинство ггэ рассматриваемых нами в этой главе. В гсачестве одного лишь примера скажем, что мышь была использована для исследования механизма управления разветвляющим морфогенезом. Этот процесс лежит в основе формггрованггя таких структур органггзма, как легкие и железы, и управляется сигналами между клетками мезенхимы и прорастаюгцим в нее эпитслием.
Функции этих сигналов могут быть проанализированьг при помощи экспериментов с генетическими нокаутами. Нервные клетки (нейроны) — одни из наиболее древних специализированных животных клеток. Их структура не походит на структуру клеток никакого другопз типа, и развитие нервной системы ставит перед нами такие проблемы, которым не находится параллелей ни в каких других тканях. Нейрон необычен прежде всего своей формой— чрезвычайно раскинувшимся во все стороны длинным аксонам и ветвящимися дендритами, соединяющими его через синапсы с другими клетками (рнс.
22.93). Главная загадка развития нервной ткани состоит в, казалось бы, необъяснимых событиях: от нейронов отрастают аксоны и дендриты, находят себе нужных партие)юв, избирательно связываются с ними через синапсы и в конечном счете сплетаются в работоспособную сеть (рис. 22.94). Разгадать это таинство нелегко: мозг человека содержит более 10п нейронов, каждый из которых в среднем должен установить связи с тысячей дру. тих, руководствуясь при этом стандартной, общей для всех и предсказуемой схемой контактов. Требуемая точность не столь велика, как в компькпере, поскольку мозг выполняет свои вычисления иным образом и более терпим к капризам в отдельных компонентах; но тем не менее по сложности своей организации мозг превосходит все остальные биологические структуры организма. Компонеггзы типичной нервной системы — различные типы нейронов, гли.
альных клеток, сенсорных и мышечных клеток — создаются в разных и далеко твпо клетками Рис. 22.93. Типичный нейрон позвоночного гнивотного. Стрелки уназывзют направление передачи сигналов. Представленный здесь нейрон выделен из сетчатки обезьяньего глаза. У человека самые длинные и нрупные нейроны простираются приблизительно нз 1 миллион мкм и характеризуются диаметром аксона около 15 мнм. (Рисунок нейрона заимствован из В.
В. Воусон, 1п Емзуз оп тпе Непюоз 5узтегп )а. Ве11зкз зпо' Е. б. Вгзу, еаз.). Охгога, ПК: С1згепг)оп Ргеек 1974.) '4114т-:,Частъв;35ВВтзйа Взвзнтвкствщ совОКуПИОСтЙ Рис. 22.94. Сложная организация связей нервных клеток. Изображен срез малой части мозга млекопитающего — обонятельной луковицы собаки, окрашенный по методу Гольджи. Черные обьекты — нейроны; тонкие линии — аксоны и дендриты, посредством которых разные группы нейронов связаны между собой по строгим правилам. (Изображение заимствовано из С.
бо151, Ягк зрег ггел1ат. Яедд!о-Етд1а 1: 405-425, 1875; воспроизведено в М.тасоьзоп, оеуе1оргпепта! Меигоыо1оду, Згд еб. Мечт Уог1с Р!елим, 19922 отстояших друг от друга частях тела зародыша, а потому изначально ве связаны между собюй никакими связями. Таким образом, иа первой стадии развития нервной системы (рис. 22.йз) разные ее элементы развиваются согласно своим собственным местным программам: нейроны рождакзтся и наделяются ии.
дивидуальиыми характерами в соответствии с местом и в1юмеием их возиикиовеиия, под управлением индуктивных сигналов и регулирукпцих гены мехаиизмов, таких как те, что мы уже обсуждали в контексте других тканей организма. 11а следуюптей стадии развития иа первый план выходит морфогепез, свойстветшый исключительно нервной системе: от нейронов по определенным маршрутам отрастают аксоиы и деидриты, которые для начала устаиав ливают предварительную, ио уже упорядочеииую сеть связей между отдельными частями системы. 11а третьей и заключительной стадии развития, которая иеза метко перетекает во взрослую жизнь, установленные первичные связи выверяются и уточняются со ссылкой иа активность взаимодействий между разпросаниыми по бескрайним просторам организма компонентами, то есть в зависимости от прохо дящих по иим электрических сигналов.
Рис. 22.95. три стадии развития нервной системы. 22 г8-'-,,:,'»Част(» 3.)(пети») в коптя~ иксовокупности Рис. 22.97. Формирование нервной трубки. На растровом микрофотоснимке показан поперечный срез через тела 2 дневного зародыша курицы. Нервная трубка близка к смыканию и отслоению от эктодермы; на этой стадии она состоит (у курицы) из эпителия толщиной е один клеточный слой. (Снимок любезно предоставлен Ь Р. Яече1 и 5.
Вговп.] вам нервный валик созревают, а затем выпускают свои аксоны и распускают дендриты (рпс. 22.98). Сигналытые белки, выделяемые из нерв ной трубки на вентральной и дорсальной ее сторонах, работактг как противодействующие морфогены, в результате чего нейроны, рожденные на разных дорсо вентральных уровнях, экспрессируют разные регулятор ные белки (см. рис, 22.80). Наряду с этим, существуют различия и по оси голова хвост, 1 прессии генов Оох и действие еще одной группы морфогенов. Более того, так же как и у дрозофилы, нейроны продолжают во;ши кать во всех областях центральной нервной системы на протяжении многих дней, неде.ль или даже месяцев, и это дает начало еще болыпему разнообразию, потому что клетки получают разные свойства в соответствии с их «датой рождения» — времени по.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
