Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 456
Текст из файла (страница 456)
Он имеет простую организацию и служит неплохим примером для иллюстрации механизма непрерывного обновления тканей взрослого организма. 23.1.1. Клетки эпидермиса образуют многослойный водонепроницаемый барьер Межфолликулярный эпидермис — слоистый (многослойный) эпителий, состоящий в основном из кератиноцитов (названных так потому, что их отличительная ;:Г;~',:::;:,',"-:;:,: ' .,' '-' ';::,: -''И,Л-,'ЗФЩЕРййСИЕГООбйОВййгйкй'СЧВОГ)ОЙГй)(вттг($ФКВМ(Е .'2(7( Рнс. 23.2. Волосяной фолликул и открывающаяся в него сальная железа.
Зги структуры образуются нак специализированные производные эпидермиса. Волос растет вверх иэ волосяного сосочка в его основании. Сальная железа содержит клетки, заполненныелипидом(кожным салом), который выделяется для смазки поверхности волоса.
Вся зта структура в целом проходит циклы роста, регрессии (когда волос выпадает) и восстановления. Как и все остальные участки эпидермиса, она зависит от стволовых клеток, за счет которых осуществляется ее рост и перестройка в наждом таком цикле. В области так называемого утолщения, расположенного непосредственно под сальной железой, находится важная группа стволовых клеток (окрашены красным), способных давать начало и волосяному мешочну, и межфолликулярному эпидермису. эпидермис 23.1.2. В дифференцирузоц(ихсп зпидермальных клетках по мере их созревания последопательнО синтезируготся различные кератины Давайте теперь оживим эту статичную картину, чтобы изучить процесс непрерывного обновления эпидермиса.
В то время как одни базальные клетки делятся, умножая свою популяцию в базальном слое, другие (их родные и двоюродные сестры) перемещаются из слоя базальных клеток в слой шиповатых клеток, делая первый шаг на своем пути во внешний мир. Когда этн клетки достигают зернистого слоя, они начинают терять свое ядро и цитонлазматические органеллы — за счет механизма деградации, в котором частично задействован аппарат апоптоза; в результате эти клетки преобразуются в ороговевшие чешуйки внешнего слоя. В конечном итоге они оппелушиваются с поверхности кожи и становятся главной составляющей домашней пыли.
Время от рождения клетки в базачьном слое человеческой кожи до ее утраты за счет слущивания с поверхности составляет около месяца, в зависимости от области тела. По мере того как новый кератиноцит в базальном слое превращается в чешуйку в наружных слоях кожного покрова (см. рис. 23.4), он проходит несколько вскоре после рождения умирают от быстрой потери жидкости, несмотря на то что во всех остальных отношениях их кожа является со вершенно тгормальной. Зернистый слой, с его барьером движению воды и растворенных в ней веществ, расположен между внутренними метабо лически активными слоями и наружным слоем эпидермиса, состоящим из мертвых клеток, внутриклеточные органеллы которых исчезли.
Зти внешние клетки кожи сплющиваются до плоских чешуек, плотно заполненных кератином. Плазматические мембраны чешуек и внешнего слоя зернистых клеток укреплены изнутри топким (12 нм), но жестким поперечно сшитым слоем белков, включая цитоплазматический белок, называемый инволюкрином. Сами чешуйки обычно столь плотно сжаты, что их границы трудно различить в световой микроскоп, но вымачивание в растворе гидроокиси натрия (или в теплой воде) заставляет их немного набухнуть, и их контуры проявляются достаточно отчетливо (см. рис.
23.3). 2174 Честь 5. Клетки в контексте их совокупности личные типы специализированных стволовых клеток, служащих для воспроизводства окончательно дифференцированных клеток: эпидермальные стволовые клетки для эпидермиса, кишечные стволовые клетки для кишечного эпителия, кроветворные стволовые клетки для крови и так далее. Тем не менее эти отличные друг от друга системы стволовых клеток затрагивают одни и те же фундаментальные вопросы, Каковы отличительные особенности стволовых клеток на молекулярном уровне? От каких факторов зависит, будет ли стволовая клетка делиться или она останется в состоянии покоя? Чем определяется выбор между дальнейшей дифференцировкой и пребыванием в состоянии стволовой клетки? А в тех случаях, когда стволовая клетка может давать начало не одному, а нескольким видам дифференцированных клеток — что очень часто и происходит, — чем руководствуегся дочерняя клетка в выборе дальнейшего пути дифференцировки? 23.1.4.
Клеткам, образовавшимся при делении стволовой предшественницы, не всегда уготована разная участь В нормальном состоянии для поддержания устойчивой популяции стволовых клеток требуется, чтобы в каждом поколении ровно 50?' дочерних клеток оставалось стволовыми.
Теоретически этого можно достичь двумя способами; через асимметрию, зависящую от окружающей среды, или через асимметрию при делении (рис. 23.6). При реализации первой стратегии деление стволовой клетки дает начало двум идентичным дочерним клеткам, судьба которых будет определяться окружением, в которое они попадут, или каким-нибудь случайным процессом с зависящей от локального окружения вероятностью; 50 ь популяции дочерних клеток остается стволовыми клетками, но два потомка отдельно взятой стволовой клетки в этой популяции нередко могут иметь одну и ту же судьбу.
Согласно альтернативной стратегии, деление стволовых клеток всегда осуществляется строго асимметрично, в силу чего одна дочерняя клетка сохраняет характер стволовой, а на вторую клетку воздействуют факторы, побуждающие ее встать на путь дифференцировки. Нейробласты центральной нервной системы дрозофилы, рассматривавшиеся нами в главе 22, представляют пример клеток с именно такого типа асимметрией при делении. Однако подобная стратегия в ее строгой форме имеет существенный недостаток: она предполагает, что имеющиеся стволовые клетки никогда не смогут увеличить свою численность, и потому любая потеря стволовых клеток будет непоправимой, если не существует возможности превращения каких-либо других клеток в стволовые.
Очевидно, что стратегия управления посредством асимметрии, зависящей от окружающей среды, является более гибкой. <2зактически если лоскут эпидермиса будет поврежден, то соседние эпидермальные клетки устранят это повреждение, мигрируя в очаг бедствия и пролиферируя, чтобы покрыть собою лишенную покрова область. В ходе этого процесса заново создается самообновляемый лоскут эпидермиса, а это говорит о том, что для восполнения потери произведены дополнительные стволовые клетки. Скорее всего, они появились за счет симметричных делений, при которых одна стволовая клетка дает начало двум таким же. Именно так популяция стволовых клеток регулирует свою численность, чтобы соответствовать отведенному ей объему.
Наблюдения подобного рода показывают, что поддержание характера стволовой клетки в эпидермисе может управляться контактом с базальной мембраной: потеря контакта запускает процесс терминальной дифференцировки, а поддержание контакта служит средством сохранения потенциала стволовой клетки. Безусловно, такая 23;тз ЭВВ',((ермис и егб,ббнту(гутей)й ствсвтоВМ(мйк(фтками.' - д175 ..аоимивтрил'. от акружа чцвй среды окончательно дифференцированная клетке т окончательна дифференцированная клетка Рис.
23.б. Двв возможных механизма создания стволовыми клетками дифференцированных истомное. Согласно первой стратегии, основанной на асимметрии, обусловленной окружающей средой, дочерние клетки изначально одинаковы и напрашеются по разным путям в зависимости от сигналов внешней среды, воздействующих нв них после деления. Окружающая среда изображена окрошенным полем вокруг клетки, При такой стратегии число стволовых клеток может увел ичиватьсл или уменьшаться, с тем чтобы прийти в соответствие с размером доступной для них соответсвующей ткани. Согласно второй стратегии„ основанной нв ассимметричном делении, стволоввя клетка изначально обладает внутренней асимметрией и делится таким обрезом, что две ее дочерние клетки уже наделены разными детерминантами дальнейшего развития. В некоторых случаях выбор дочерней клетки может осуществляться случайно, но с определенной вероятностью (как при подбрасывании монетый что отражает случайный характер, или «шумя, свойственный всем системам генетического управления (о чем шла речь в главе тй модель представляется излишне упрощенной, однако в целом верна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
