Регенерация конечности: модель полярных координат позиционной информации

Установление позиционной информации путем градиентов предполагает, что полипотентная клеточная популяция будет дифференциально реагировать на различия в концентрациях растворимого морфогена. Эта модель объясняет формирование пространственной организации у развивающихся животных, подобных гидре, и у животных, претерпевающих морфаллактическую регенерацию. Однако пространственное формирование органов, подвергающихся эпиморфической регенерации, по-видимому, создается иным типом позиционной информации. При этом в отличие от морфаллаксиса регенерация включает пролиферацию новых клеток. Все это можно наблюдать на примере регенерирующей конечности у хвостатых амфибий.

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

94 ГЛАВА 17

Регенерация конечностей у саламандры

Если ампутировать конечность у саламандры, то оставшиеся клетки способны восстановить конечность со всеми ее дифференцированными клетками, расположенными в соответствующем порядке. Замечательно не только то, что конечность регенерирует, но и то, что оставшиеся клетки сохраняют информацию, обусловливающую спецификацию их положения и положения клеток, которые удалены. Другими словами, новые клетки дают только утраченные структуры и не более того; например, при удалении запястья у саламандры формируется новое запястье, а не новое предплечье (рис. 17.6).

После ампутации с краев культи начинают мигрировать эпидермальные клетки, покрывая раневую поверхность. Затем происходит пролиферация этого однослойного эпителия, в результате чего образуется апикальная эктодермальная шапочка ¹. Клетки под шапочкой претерпевают глубокую дедифференцировку: костные, хрящевые и нервные клетки, фибробласты, миоциты утрачивают признаки, характерные для их дифференцированного состояния и обособляются друг от друга. В результате на месте хорошо структурированной области культи на границе разреза непосредственно под апикальной эктодермальной шапочкой формируется пролиферирующая масса неотличимых друг от друга дедифференцированных клеток. Эта масса дедифференцированных клеток называется регенерационной бластемой; клетки этой бластемы продолжают пролиферировать и дифференцироваться с образованием новых структур конечности. Если разрушить клетки бластемы, то регенерация не происходит (Butler, 1935). Более того, дедифференцируясь при образовании бластемы, клетки вновь приобретают свою эмбриональную пластичность. Карлсон (Carlson, 1972) показал, что если из только что ампутированной конечности саламандры удалить даже 99% мышечных клеток, то регенерирующая конечность будет иметь нормальный набор мышц, занимающих соответствующее положение. Таким образом, иные клетки бластемы, а именно клетки, происходящие из немышечной ткани, должны быть способны формировать мышцы регенерирующей конечности.

В большинстве случаев, однако, для формирования конечности необходима нервная ткань. Было показано (Singer, 1934), что для осуществления регенерации необходим определенный минимум нервных волоков. Предполагается, что нейроны выделяют фактор, стимулирующий митоз и увеличи-

Рис. 17.6. Регенерация передней конечности у саламандры. Вверху представлены интактные конечности. Слева располагается ряд. позволяющий проследить регенерацию конечности после ампутации ниже локтевого сустава: справа-результат ампутации в области плеча. В обоях случаях восстанавливается правильная позиционная информация. (Из Goss, 1969; с любезного разрешения R. J. Goss.)

вающий пролиферацию клеток бластемы (Singer, Caston, 1972; Mescher, Tassava, 1975). Один из кандидатов на роль этого нейрального вещества с критическим действием – фактор роста глии (ФРГ). Известно, что этот пептид, продуцируемый нервными клетками тритона, присутствует в бластеме и утрачивается при ее денервации. Если добавить ФРГ к денервированной бластеме, то клетки с блокированными митозами вновь приобретают способность к делению (Brockes, Kinter, 1986).

Итак, мы имеем дело с ситуацией, когда клетки взрослого организма возвращаются в «эмбриональное» состояние и могут приступить к формированию конечности заново. Как и при эмбриональном развитии, бластема формирует более дистальные структуры (Rose, 1962). Следовательно, бластема должна обладать некоторой позиционной информацией, заставляющей бластему культи, содержащей плечевую кость, ни создавать другого плеча, ни тотчас же приступать к образованию пальцев. Бластема регенерирует эти структуры не только начиная с нужного проксимодистального уровня конечности, но при этом сохраняется и полярность переднезадней («большой палец – мизинец») и дорсовентральной

¹ Здесь уместнее использовать термин «апикальная эпителиальная шапочка» в отличие от «апикального экmoдермального гребня», употребляемого для обозначения гомологичной структуры, формируемой эктодермой почки конечности в эмбриогенезе. – Прим. перев.