Гилберт с. Биология развития: в 3-х т. Т. 3: Пер. С англ. – м.: Мир, 1995. – 352с.

6 ГЛАВА 16

Существуют, по-видимому, два основных способа, посредством которых клетки, взаимодействуя друг с другом, влияют на морфогенез. В основе первого лежит секреция клетками одного типа способных к диффузии веществ, изменяющих поведение клеток других типов. Эти вещества представлены гормонами, факторами роста и морфогенами (более подробно они будут описаны в гл. 19 и 20). Их молекулы координируют морфогенетическую активность всего организма. В основе второго способа, ответственного прежде всего за создание специфических тканей и органов, лежит взаимодействие между клеточными поверхностями соседних клеток. В процессе органогенеза отдельные клетки или группы клеток меняют свое относительное положение и вступают во взаимодействие с клетками других типов. Избирательное взаимодействие между соседствующими клетками приводит к тому, что клетки разных типов располагаются строго упорядоченным образом, формируя различные ткани и органы.

Следовательно, клетки должны обладать способностью к избирательному узнаванию других клеток, прикрепляясь к одним и мигрируя по поверхности других. Молекулярные события, обусловливающие избирательное узнавание клеток и их организацию в ткани и органы, происходят на клеточной поверхности. В этой главе мы рассмотрим пути взаимодействия клеточных поверхностей в ходе развития, приводящего к тому, что клетки надлежащим образом оказываются локализованными в соответствующих тканях и органах.

Дифференциальное сродство клеток Стационарные культуры

Начало современному анализу морфогенеза было положено экспериментами Таунса и Гольтфретера в 1955 г. Использовав способность тканей зародышей амфибий диссоциировать на отдельные клетки в щелочной среде, эти исследователи приготовили суспензии одиночных клеток каждого из трех зародышевых листков и тканей нейрулы. Две или более таких суспензий можно комбинировать в разных сочетаниях; после нормализации рН клетки прилипают друг к другу, формируя агрегаты на агаре, покрывающем дно чашки Петри. Используя зародышей разных видов, клетки которых различались по размерам и окраске, Таунсу и Гольтфретеру удалось проследить поведение реагрегированных клеток (рис. 15.1).

Результаты экспериментов оказались поразительными. Во-первых, исследователи обнаружили, что диссоциированные клетки способны к пространственной сегрегации. Иными словами, происходит рассортировка смешанных клеток, и клетки каждого типа занимают соответствующую область. Так, в агрегате, образованном эпидермальными и мезодермальными клетками, эпидермальные клетки

Рис. 15.1. Реагрегация клеток нейрул амфибий. Смешивают презумптивные эпидермальные клетки пигментированных зародышей и клетки нервной пластинки непигментированных зародышей. Реагрегация происходит таким образом, что клетки одного типа (в данном случае презумптивного эпидермиса) покрывают клетки другого типа. (По Townes, Holtfreter, 1985.)

Гилберт с. Биология развития: в 3-х т. Т. 3: Пер. С англ. – м.: Мир, 1995. – 352с.

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ УПОРЯДОЧЕННОСТЬ КЛЕТОК 7

Рис. 15.2. Рассортировка и реорганизация пространственных отношений в агрегатах зародышевых клеток амфибии. Объяснения см. в тексте. (По Townes, Holtfreter, 1955.)

оказываются на периферии агрегата, а мезодермальные внутри. Ни в одном из случаев в образовавшихся агрегатах клетки не располагались беспорядочно. В большинстве случаев клетки одного типа окружали клетки другого.

Во-вторых, Таунс и Гольтфретер обнаружили, что окончательное положение реагрегировавших клеток отражает их положение в зародыше. Как мы уже видели, мезодерма занимает центральное положение по отношению к эпидермису, прилипая к его внутренней поверхности (рис. 15.2. А). Мезодерма мигрирует к центру и по отношению к энтодерме (рис. 15.2, Б). Однако в том случае, когда смешивают клетки всех трех зародышевых листков (рис. 15.2,В), энтодерма отделяется от эктодермы и мезодермы, которые затем ее окружают. В окончательной конфигурации эктодерма располагается по периферии агрегата, энтодерма оказывается внутри, а мезодерма между ними. Гольтфретер назвал это явление избирательным сродством. Внутренняя поверхность эктодермы имеет положительное сродство к мезодермальным клеткам и отрицательное сродство к энтодерме. Мезодерма обладает положительным сродством и к эктодермальным. и к энтодермальным клеткам. Сходство в расположении клеток в агрегате и в нормальном зародыше проявляется также и при реагрегации клеток эпидермиса и нервной пластинки (рис. 15.2, Г). Как и прежде, презумптивные эпидермальные клетки мигрируют на периферию, а клетки нервной пластинки перемещаются внутрь, образуя структуру, напоминающую нервную трубку. Если к суспензии презумптивных эпидермальных клеток и клеток нервной пластинки добавить клетки осевой мезодермы, то в результате сегрегации клеток образуется наружный слой эпидермиса, центрально расположенная нервная ткань и слой сомитов и мезенхимы между ними (рис. 15.2, Д). Как бы то ни было, клетки способны сортироваться в соответствии со своим истинным положением в зародыше. Такое предпочтительное сродство отмечал также Буко (Boucaut, 1974), который инъецировал клетки того или иного зародышевого листка в бластоцель зародышей амфибий; инъецированные клетки мигрировали в соответствующий зародышевый листок: энтодермальные клетки – в энтодерму хозяина, а эктодермальные – только в его эктодерму. Таким образом, избирательное сродство играет важную роль в передаче позиционной информации клеткам зародыша.

Третий вывод, к которому пришли Гольтфретер и его сотрудники, заключался в том, что в процессе развития избирательное сродство меняется. Этого следовало ожидать, поскольку связь между соседними клетками зародыша не остается постоянной. Для нормального развития необходимо, чтобы в определенные периоды времени осуществлялось дифференциальное взаимодействие клеток одной