Молекулярная природа индукторов

К первому морфогенетическому взаимодействию в ходе развития амфибий относят (открытое Ньюкоопом) взаимодействие между анимальной и вегетативной частями зародыша на стадии морулы. К этому моменту (64-клеточный зародыш) клетки вегетативного полюса способны оказывать выраженное мезодермализующее влияние на анимальную половину зародыша. В результате этого воздействия в экваториальной зоне зародыша возникает зачаток мезодермы, а остальные клетки анимальной половины детерминируются в эктодермальном направлении. Разные зоны вегетативного полюса индуцируют в эктодерме мезодермальные территории (дорсальную, вентральную) с различной судьбой. Источником последующих индукционных влияний является зачаток мезодермы. В процессе развития он разделяется на две зоны — дорсальную и вентральную. В период гаструляции-нейруляции различные участки мезодермы приходят в контакт с другими тканями зародыша и оказывают на них индуцирующее влияние. В результате к концу нейруляции в пределах каждого из трех зародышевых листков (эктодерма, мезодерма, энтодерма) имеются определенные компартменты, содержащие клетки-предшественники соответствующих линий дифференцировки. Следовательно, к этому моменту развития дефинитивный план тела уже достигнут и стабилизирован. Отсюда можно сделать вывод, что морфогены, ответственные за "построение" данного плана, действуют главным образом на стадии бластулы-нейрулы.

Мезодермальная индукция

Предполагается, что в индукции мезодермы участвуют три фактора (или три комплекса факторов). Два фактора (исходящие из дорсальных вегетативных клеток и из вентральных вегетативных клеток) индуцируют формирование кольца мезодермы, содержащего область организатора. Организатор затем синтезирует третий фактор, регионально индуцирующий специфические мезодермальные структуры (такие, как хорда и сомиты, лежащие на дорсальной стороне, и клетки крови, локализующиеся на периферии).

Результаты исследований показывают, что многие факторы являются идентичными или очень сходными с факторами роста, которые известны как регуляторы пролиферации клеток у млекопитающих.

1) Факторы, исходящие из дорсальных вегетативных клеток

Vg 1 – член суперсемейства ТФР-β (трансформирующий фактор роста), локализован в вегетативной области ооцитов и эмбрионов Ксенопуса на стадии дробления. Индуцирует дорсальную мезодерму (хорда, осевая мускулатура) и организует полную дорсальную ось.

В его названии отражается двойственный характер его действия. В одной лаборатории была показана его способность трансформировать нормальные клетки в опухолевые. В другой – обнаружена способность ингибировать деление культивируемых клеток почки. В настоящее время известно, что основной эффект ТФР- β состоит в ингибировании клеточного роста и что этот эффект может быть изменен добавлением других факторов (ЭФР). Вместе с тем он служит фактором роста фибробластов и эмбриональных эндотелиальных клеток капилляров.

Активин – один из самых изученных белков, индуктор дорсальной мезодермы (член суперсемейства ТФР- β). Этот белок образуется еще в период оогенеза и передается в созревающий ооцит из окружающих фолликулярных клеток. В отличие от Vg 1, активин организует только часть дорсальной оси (отсутствуют хорда и головные структуры). У цыпленка активиновая мРНК экспрессируется в гипобласте (индуцирующая ткань) в период формирования осевой мезодермы.

Для формирования характерного мезодермального паттерна необходимы:

• градиент распределения актина

• наличие рецепторов для актина в реагирующей ткани

• экспрессия ингибитора активина – фоллистатина (у Ксенопуса он экспрессируется по материнскому типу и блокирует индукцию активином на анимальном полюсе).

2) Факторы, исходящие из вентральных вегетативных клеток

Bone morphogenic protein (BMP) – назван так потому, что способен стимулировать образование кости у эмбрионов Ксенопуса.

BMP-4 индуцирует вентральную мезодерму, (включая кровь), кроме того, экспрессия в анимальном полюсе модифицирует индукцию активином, вызывая супрессию формирования переднедорсальных структур. Отсюда следует, что действие BMP несущественно для индукции мезодермы, но включено в дорсо-вентральную организацию мезодермы и в формирование вентральной мезодермы в особенности.

Фактор роста фибробластов (ФРФ) – это первый очищенный фактор, демонстрировавший способность индуцировать образование мезодермы в клетках анимального полюса. Транскрипты и белок для нескольких форм ФРФ экспрессируются по материнскому типу. ФРФ-белок индуцирует вентро-латеральную мезодерму, включая мезенхиму и небольшое количество мышц (туловищная, задняя мезодерма, включая нотохорду и мышцы), но не способен индуцировать дорсальную мезодерму и дефинитивную вентральную ткань, кровь.

3) Факторы, исходящие из области организатора

Wnt1 – семейство генов, родственных гену сегментарной полярности дрозофилы wingless. Может действовать как модификатор компетенции, изменяя ответ клетки на воздействие индуктора и усиливая формирование дорсальных мезодермальных структур. Его активность на стадии гаструлы определяется в вентральной мезодерме. В связи с этим предполагается, что его продукт способствует трансформации дорсальной ткани в вентральную. У мыши экспрессируется в первичной полоске.

Noggin – экспрессируется в ооцитах и эмбрионах Ксенопуса. Его транскрипты локализуются в дорсальной губе бластопора (область Организатора) и позднее – в нотохорде. Сам он не индуцирует мезодерму, но помогает формированию дорсальной мезодермы. Его относят к дорсализующим модификаторам мезодермального паттерна.

Mезодермальная индукция включает следующие компоненты:

• индукторы мезодермы - Vg 1 Активин ФРФ

• модификаторы мезодермального паттерна - Wnt1 Noggin

• и ингибиторы - BMP-4