Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 446
Текст из файла (страница 446)
Таким образом, конус роста может направляться на тот или иной путь за счет тонких изменений в поверхностных свойствах подложки, по которой он перемешается. В то же время он чувствителен к диффундируюшим в окружающей его среде хемотатическим факторам, которые тоже могут ускорить или замедлить его ход. Все эти особенности поведения конуса роста зависят от ци тоскелетных механизмов внутри него, о которых мы упоминали в главе 1б. Целое множество рецепторов в мембране конуса роста улавливает внешние сигналы и, при посредстве внутриклеточных регуляторов типа малых СТРаз К!го и Вас, управля ет с(юркой и разборкой актиновых фнламентов и других компонентов механизма клеточного движения.
22.8.4. Конус роста ведет развиваиицийся 1п про нейрит по точно Заданному курсу В организмах животных конусы роста обычно продвигаются к своим целям по предсказуемым, стереотипным маршрутам, руководствуясь множеством 22.8. Развитие нервной системы 2123 разных стимулов, чтобы отыскать верный путь, но неизменно требуя субстрат в виде внеклеточного матрикса или клеточной поверхности, по которой онн могли бы перемещаться. Зачастую конусы роста идут путем, уже проторенным другими нейрнтамн, за которыми они следуют посредством контактного наведения. В результате такого караванного шествия нервные волокна в организме зрелого животного обычно сгруппированы в плотные параллельные тяжи (называемые нервными пучками или нервными путями). Само же передвижение конусов роста вдоль аксонов опосредуется гомофильными молекулами межклеточной адгезии — мембранными глнкопротеидами, которые помогают клетке, выставляющей их на своей поверхности, приклеиться к любой другой клетке, которая также выставляет их напоказ.
Как обсуждалось в главе 19, два наиболее важных класса таких молекул представлены членами надсемейства иммуноглобулинов, такими как Х-САМ и членами семейства кальций-зависимых кадгерннов, такими как Х-кадхерин. Члены обоих семейств обычно присутствуют на поверхности конусов роста, аксонов и клеток разных других типов, на которые наползают конусы роста, включая глиальные клетки центральной нервной системы и мышечные клетки на периферии тела.
К примеру, в геноме человека имеются гены более 100 кадгеринов, н большинство из них зкспрессируется в головном мозге (см. Рис. 19.б). Разные наборы молекул межклеточной адгезии, работающие в различных комбинациях, обеспечивают механизм избирательного ведения нейритов и выборочного опознавания ими сред. Конусы роста мигрируют также и по компонентам внеклеточного матрнкса.
Одни молекулы матрикса, такие как лачинин, благоприятствуют отрастанию аксонов, тогда как другие, такие как хондроитннсульфат протеоглнкан, препятствуют ему. Конусы роста направляются к своим целям последовательностью разных стимулов на разных этапах своего маршрута, и при этом адгезнвность субстрата отнюдь не является единственным фактором, который имеет значение. Вторую важную роль играют хемотатическне факторы, выделяемые из клеток, которые служат маяками в стратегических точках пути — одни привлекают, другие отталкивают. Траектория комиссуральньгг аксонов — тех, что переходят из одной стороны тела на другую, — служит изящным примером того, как комбинация наводящих сигналов может задавать сложный маршрут. Комиссуральные аксоны — общая особенность всех обладающих двусторонней симметрией животных, потому что обе стороны тела должны быть взаимно согласованы через нервную систему.
Для управления ростом таких аксонов черви, мухи и позвоночные прибегают к весьма сходным механизмам. Например, в развивающемся спинном мозге позвоночного животного большое число нейронов протягивает конусы роста своих аксонов в вентральном направлении, к вентральной пластинке — специализированной полосе клеток, образующей вентральную срединную линию нервной трубки (см. Рис. 22.100).
Такие конусы роста пересекают вентральную пластинку и затем резко поворачивают под прямым углом и следуют продольным путем к головному мозгу параллельно вентральной пластинке, но никогда снова не пересекают ее (рис. 22.102, а). Первый этап пути зависит от градиента концентрации белка нетрина, выделяемого клетками вентральной пластинки: комиссуральные конусы роста чувствуют свой путь к его источнику.
Негрин бьи выделен в чистом виде из зародышей курицы путем испытания вытяжки нервной ткани на активность, которая привлекала бы комиссуральные конусы роста в чашке для культивирования. Его последовательность показала, что СРВОКУГ)зс Эвтн," комиссурапьный аксаи, подходящий к срединной линии вентральная пластинка на вентральной срединной линии спинная пластинка стенка нервной трубки ! комиссу нейрон приарвкаккгцйй агейт'(кайгин) конус роста акспрессирует рецептор (ОСС) нетрина конус роста экспрессирует рецептор (Иоопбаьоо!) белка Зб( и рецепторы семафорина ком иссур аксон вентральная пластинка срединная линия опвлкиввощий ' (гюмафорин) '" 1 К ГОЛОВНОМУ МОЗГУ в) Рис.
22Д02. Наведение комиссуральных аксонов. а) Путь, избираемый комиссуральными аксонами в спинном мозге зародыша позвоночного животного. б) Направляющие их сигналы. Конусы роста сначала привлекаются к вентральной пластинке нетрином, который выделяется клетками вентральной пластинки и воздействует на рецептор ОСС в мембране аксона. Когда конусы роста пересекают вентральную пластинку, они посредством повышающей регуляции усиливают свою экспрессию белка Коопг)аЬоот, рецептора опалкивающего белка 5йй который также вьщеляется вентральной пластинкой.
Белок 5И, связываясь с рецепторным белком яаипдаьоог, не только оказывает отталкивающее действие, препятствующее конусам повторно войти в вентральную пластинку, но также и блокирует их чувствительность к привлекающему агенту петрину. В то же время конусы роста включают экспрессию рецепторов другого отталкивающего белка, семафорина, который выделяется клетками боковых стенок нервной трубки. Зажатые между двумя отталкивающими территориями конусы роста пересекая срединную линию, тянутся плотным пучком к головному мозгу. зто — имеющийся у позвоночных гомолог белка, уже обнаруженного у С.
е1едацт в ходе генетического скрининга мутантных червей с выросшими не туда аксонами, получивших название мутантов Гпс, потому что аксоны у них продвигаются несогласованным (ипсоогг))па1ег)) образом. Один из генов Иге, а именно Ь'ггсб, кодирует гомолог нетрнна. Другой, Гггс40, кодирует его трансмембранный рецептор; гомолог которого ()СС есть у позвоночных, он зкспрессируется в комнссуральных нейронах и опосредствует нх реакцию на градиент петрина.
Местная активация рецептора ))СС петрином ведет к открытию в плазматической мембране ионных каналов специализированного класса. Эти каналы, названные каналами Т)сРС (переходный рецепторный потенциал С, Ьгапгйеп( гесергог ро(епБа! С), принадлежат к большому семейству (семейству Тгср), представители которого отвечают также и за многие другие процессы передачи сенсорных сигналов; от механочувствительности до ощущения тепла и холода. Будучи открыты, зти каналы позволяют ионам Сат' (и другим катионам) проникать в клетку. Местное повышение концентрации ионов Сат+, в свою очередь, 22.8.
Развитие нервной системы 2125 активирует механизмы выпускания филоподий и продвижения конуса роста к источнику петрина. Таким образом, маршрут следования конуса роста определяют рецепторы на его поверхности; некомиссуральные нейроны нервной трубки, не имеюгцие рецепторов 1)СС, не привлекает вентральная пластинка, а нейроны, экспрессирующие иной рецептор петрина — названный ()пс5Н у позвоночных животных (его аналог у червя — 13пс5), — активно отталкиваются вентральной пластинкой и направляют свои аксоны не к ней, а к дорсальной пластинке. 22.8.5.
Конусы роста обладают возможностью изменять свою чувствительность по мере прохождения избранного ими пути Если комиссуральные конусы роста привлекаются к брюшной пластинке, то почему же они пересекают ее и выходят с другой стороны, вместо того чтобы оставаться на привлекательной для них территории? И почему, пересекая ее, они никогда снова не поворачивают к ней? Правдоподобный ответ кроется в другом наборе молекул, отдельные элементы которого также остались консервативными, а потому общими для позвоночных и беспозвоночных. Исследования мутантов дрозофнлы со сбившимися с пути комиссуральными аксонами вначале позволили опознать три таких ключевых белка: 5111, КоппбаЬоп( и Сопнп1ззцге!езз. Белок 5111, подобно петрину, вырабатывается клетками срединной линии развивакнцейся мухи, тогда как его рецептор Коппс(аЬоп( экспрессируется в комиссуральных нейронах.
Белок 5111, воздействующий на рецептор КоппбаЬопг, оказывает воздействие, в точности противоположное действию петрина: он отталкивает конусы роста, блокируя им вход на территорию срединной линии. Однако белок Соппппапге!ем мешает доставке рецептора КоппцаЬоп1 к клеточной поверхности и таким образом первоначально закрывает конусам роста глаза на этот сигнал «не подходи». В таком «незрячем» состоянии комиссуральные конусы роста продвигаются к срединной линии, а когда пересекают ее, они каким-то образом (хотя мы еще не понимаем, как именно) теряют нечувствительность к 5111, вызванную белком Соппп1ззпге!езз и начинают отталкиваться от срединной линии.
Выйдя с обратной стороны срединной линии, они несут функционально активный рецептор КоппдаЬоп( на своих поверхностях и, таким образом, находятся под запретом на возвращение. У позвоночных животных работает подобный механизм, вовлекающий гомологов белков 5111 и Коппс(аЬопй Комиссуральные конусы роста сначала привлекаются к срединной линии, а затем как-то изменяют свои белки-рецепторы клеточной поверхности, когда пересекают ее; тем самым они переключают свою восприимчивость, усиливая чувствительность к отталкиванию белком 51 11, который экспрессируется в вентральной пластинке, и теряя чувствительность к привлечению петрином. При первоначальном приближении конусов к срединной линии их чувствительность к белку 5111 блокируется не любым гомологом Сопнп1ззпге!езз, а членом семейства рецепторов Коши1аЬоп1, называющимся Кш1, который сидит в плазматической мембране и мешает приему сигналов его «кузенами».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
