Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 472
Текст из файла (страница 472)
Например, можно наблюдать, как группа хондроцитов, образующих узелок хряща в развивающемся организме или в чашке для культивирования, увеличивается за счет превращения соседних фибробластов в хондроциты. 23.7.3. Остеобласты выделяют костный матрикс Несмотря на то что хрящевые и костные ткани весьма различны, они близки по происхождению и вместе формируют скелет организма.
Хрящевая ткань в структурном отношении довольно проста: состоит из клеток одного типа, хондроцитов, сидящих в более или менее однородном сильно гидратированном матриксе, состоящем из протеогликанов и коллагена П типа, замечательные свойства которого мы уже обсуждали в главе 19. Хрящевый матрикс пластичен, и хрящевая ткань может расти, расширяясь по мере того, как хоцдроциты делятся и выделяют все большие количества матрикса (рис. 23.54).
Кость, в отличие от хрящевой ткани, является плотной и жесткой; она растет за счет напластовывания добавочного матрикса на свободные поверхности. Подобно железобетону, костный матрикс представляет собой преимущественно смесь жестких волокон (состоящих из коллагена 1 типа), которые сопротивляются силам растяжения, и твердых частиц (фосфат кальция в виде кристаллов гидроксиапатита), которые противостоят сжатию.
Коллагеновые волокна во взрослой кости располагаются регулярными слоями, при этом волокна каждого слоя лежат параллельно 2250 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности процесс известен под названием ннутрихрященоао окостенения. Рост хряща, его эрозия и отложение кости столь искусно согласованы между собой, что взрослая кость, хотя она может быть полметра длиной, почти полностью сохраняет форму изначальной хрящевой модели, длина которой не превышала нескольких миллиметров. Процесс начинается в зародыше с появления неясно очерченных «уплотнений»вЂ” групп клеток эмбриональной соединительной ткани, которые постепенно уплотняются сильнее, чем их соседи, и начинают экспрессировать характерный набор генов— включающий, в частности, ген оох9 и, после небольшой задержки, ген )«ипх2. Эти два гена кодируют регуляторные белки, которые определяюще важны для развития соответственно хряща и кости.
Мутантные клетки с отсутствием гена Яох9 не способны дифференцироваться в хрящевые, но могут формировать кость (и в некоторых частях тела будут образовывать кость там, где должен быть хрящ). И наоборот, животные, у которых недостает функционально активного гена Яипх2, вовсе не образуют костей и рождаются со скелетом, состоящим исключительно из хряща. Вскоре после начала экспрессии гена 5ох9 клетки в ядре уплотнения начинают выделять хрящевый матрикс, попутно делясь и унеличиваясь в размерах. Таким образом, они формируют расширяющийся хрящевый стержень, окруженный более плотно упакованными нехрящевыми клетками. Хрященые клетки в средней части стержня становятся гипертрофированными (чрезвычайно увеличенными) и прекрашают делиться; и в то же самое время они начинают секретировать!пд1ап НебйеЬой -- сигнальную молекулу из семейства Недйейод. Оно в свою очередь вызывает увеличенное производство некоторых белков из семейства Ъ'пг, которые активируют сигнальный путь %п( в клетках, окружающих хряшевый стержень.
В результате эти клетки выключают экспрессию гена оох9, поддержинают экспрессию гена )сипх2 и начинают дифференцироваться в остеобласты, создавая костный воротник вокруг стержня хрящевой модели. Искусственная сверхактивация сигнального пути ЪЪ'и( склоняет более весомую долю клеток к созданию кости, а не хряща; искусственная блокировка сигнального пути Ъ'пС приводит к обратному. Отсюда становится ясно, что в этой системе сигналы %'и( управляют выбором между альтернативными путями дифференцировки, при этом экспрессия гена оох9 смещает равновесие в сторону хряща, а экспрессия гена Яипх2 сдвигает его к кости. Гипертрофированные клетки хряща в стержне хрящевой модели вскоре умирают, оставляя в матриксе большие полости, а сам матрикс становится минерализованным, подобно кости, за счет отложения кристаллов фосфата кальция.
В эти полости вторгаются остеокласты и кровеносные сосуды — они разъедают остаточный хрящевый матрикс, создавая пространство для костного мозга, а остеобласты, идущие вслед за ними, начинают наносить губчатую кость в тех частях полости, где нити хрящевого матрикса остаются в виде основы. На концах кости хрящевая ткань заменяется костной тканью на значительно более поздней стадии развития процесса, в целом похожего на тот, который показан на рис. 23.57.
Непрерывное удлинение кости, до наступления половой зрелости, зависит от пластинки хряща, нарастающего между диафизом и головкой кости. Дефектный рост хряща в этой пластинке, в результате доминантной мутации в гене, который кодирует рецептор ЕОЕКЗ, служит причиной наиболее распространенной формы карликовости, известной под названием ахондроплазии (рис.
23.58). В конечном счете хрящевая ростовая пластинка заменяется костью и исчезает. Единственный сохраняющийся во взрослой длинной кости остаток хряща — тонкий, но важный слой, образующий гладкое, скользкое покрытие на поверхностях кости 2>252:.г: . Часть бг (зяетки в когнтвксста йк совокупности Рис. 18.58. Ахондроплазия. Карликовосгь этого типа встречается у одного иэ 10 000-100 000 новорожденных; в более 99 И случаев она является результатом мутации в идентичном для всех участке генома, соответствующем аминокислоте 380 белка ГВГКЗ вЂ” рецептора ГВГ (глицин в грансмембранном домене).
Зга мутация доминантна, и почти все случаи происходят из-за новой независимо возникающей мутации, что говорит о необычайно высокой частоте возникновения мутаций на этом конкретном участке генома. Дефект в сигнале ГВГ обусловливает карликовосгь, препятствуя росту хрвща в развивающихся длинных костях. (Репродукция написанного Диего Веласкесом портрета Себастьяна де Морра. © Моэео г>е! Ргаг>о, Маг(п>Ц и собираются на участках рассасывания кости, где они сливаются в многоядерные остеокласты, ком>рые цепляются за поверх ности костного матрикса и поедают его. Остеокласты способны глубоко вгрызаться в вещество компактной кости, образуя ходы, которые затем заселяются другими клетками. Кровеносный капилляр растет вглубь по центру такого туннеля, а стенки этого туннеля выстилаются слоем остеобластов (рис. 23.66).
Чтобы воспроизве сти подобную фанере структуру компактной кости, эти остеобласты укладывают концентрические слои нового матрикса, которые постепенно заполняют полость и оставляют только узкий канал, окружающий новый кровенгюный сосуд. Многие остеобласты оказываются запертыми в ловушке костного матрикса и продолжают жить в его толще в виде концентр>ических колец остеоцитов. В одно и то же время одни туннели заполняются костью, другие пробуриваются остеокластами, съедаю шими более старые концентрические системы. Последствия такой нескончаемой перестройки отображаются красивым узором слоеных образований матрикса, наблюдаемых в компактной кости (рис. 23.61). Остеобласты не только производят мат'рикс, но и вырабатывают сигналы для вербовки остеокласлт>в и направления их на его деградацию.
Полагают, что эту роль играют два белка: один —. Масгор(>а(ге СЯГ, с которым мы уже встречались в разговоре о кроветворении (см. табл. 23.2); другой — Т(чГ11, член семейства ТЫГ (называемый также КЛХК1 ). Действия остеобластов по привлечению своих про тнвников могут показаться пагубными, однако они позволяют направить неуемный аппетит остеокластов на те области ткани, в которых необходим ремонт. Чтобы предотвратить чрезмерную деградацию матрикса, остеобласты выделяют, наряду с МСВГ и ТХГ11, еще один белок, остеопротегерин, который стремится блокировать действие сигнала ТХГ11.
Чем выше уровень активации сигнального пути >>>гп( в остеобластах, тем болыпе остеопротегерина они выделяют, и, следовательно, тем ниже уровень активации остеокластов и ниже ско(юсть деградации пиэосомы есгеенные а) гофрированная граница остеокласта непроницаемое уплотнение с мвтриксом костный матрикс костный матрикс остеокпаст Рис. 23.59. Остеокласты.
а) Рисунок остеокласта в поперечном сечении. Эта гигантская мноюядерная клетка разъедает костный матрикс. Так называемая »гофрированная граница» является участком выделения кислот [для растворения минеральной составляющей кости) и гидролаз (для переваривания органической составляющей костного матрикса). Осгеокласты отличаются формой, подвижны и часто выпускают отростки, чтобы рассасывать кость целым фронтом многочисленных участков. Они развиваются иэ моноцитов и могут рассматриваться как специализированные макрофаги. б) Остеокласт на костном матриксе, сфотографированный при помощи сканирующего злектронного микроскопа. Данный остеокласт полз по матриксу, выгрызая его и оставляя за собой след из выеденных им лунок.
(Рисунок а заимствован из и и Кгзбс, 01тгазггц сто ге о(тае Мага го айап Се 11: Ап Ат1 аз. ВеН (п; 5р побег Нег1ай, 1979; снимок б любезно предоставлен А)ап Воуде.) костного матрикса. Таким образом, сигнальный путь тзгп1, оказывается, выполняет две разные функции при формировании кости: на ранних его стадиях он управляет первичным направлением клеток на дифференцировку в остеобласты, а на поздних — работает в дифференцированных остеобластах и помогает управлять равновесием между отложением матрикса и его эрозией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
