35.Wassarmann, P. M. Recent aspects of mammalian Fertilizaion research / P. M. Wassarmann, L. Jovine, Qi H // Mol Cell Endocrinol. 2005, Apr 29; 234(1-2):95–103.

36.Whitaker, M. Calcium at fertilization and in early development / M. Whitaker // Physiol Rev. 2006, Jan; 86(1):25–88.

37.Wright, S. J. Sperm nuclear activation during fertilization / S. J. Wright // Curr. Top. Dev. Biol. 1999; 46:

133–78.

38. Wolfsberg, T. G. ADAMs in fertilization and development / T. G. Wolfsberg,

J.M. White // Dev. Biol. 1996. V. 180. Р. 389–401.

39.Wong, P. Y. CFTR gene and male fertility / P. Y. Wong // Mol. Hum. Reprod. 1998, Feb; 4(2): 107–110.

40.Yoshimura, Y. Integrins: expression, modulation and signaling in fertilization, embryogenesis and implantation / Y. Yoshimura // J. Med. 1997, Mar; 46(1):16–24.

Глава 4. ДРОБЛЕНИЕ И ИМПЛАНТАЦИЯ

После объединения хромосомных наборов пронуклеусов, которое занимает около 24–30 часов, без всякого перерыва начинается митотическое деление зиготы — наступает дробление.

4.1. Дробление

Дробление — это многократные митотические деления зиготы, в результате которых зародыш становится многоклеточным и получает название бластулы. Клетки, формирующиеся при дроблении, называются бластомерами. Дробление у человека полное, неравномерное, асинхронное (рис. 4.1).

Основные характеристики дробления и его отличие от обычного митотического деления:

1. Разделившиеся клетки зародыша не растут. Это связано с отсутствием при дроблении G1-периода. У дробящихся бластомеров удвоение ДНК (т. е. процесс, идущий в обычных соматических клетках в S-периоде интерфазы) начинается в телофазе предыдущего деления. Поэтому после окончания митоза бластомер сразу же вступает в S-период. Из-за того, что бластомеры не растут, их суммарный объем и масса не превышают объем и массу зиготы.

60

8-клеточная стадия

Рис. 4.1. Схема дробления (по K. L. Moor, 1998)

2.Отсутствие увеличения объема бластомеров ведет, в конечном итоге, к восстановлению примерно тех величин ЯЦО, которые свойственны растущим соматическим клеткам (вместо 1:250 у зиготы — 1:2–4 у бластомеров в конце дробления). Соотношение между ядром и цитоплазмой, очевидно, контролирует скорость дробления, а она, в свою очередь, является фактором, определяющим время активации генома.

3.Геном зародыша при дроблении не активен. Подъем синтеза белка к концу оплодотворения связан с использованием мРНК и рРНК, заготовленных

вовогенезе. Однако на определенном этапе развития появляется потребность не только в материнской, но и в отцовской генетической информации: начинается трансляция с генома зародыша. Это происходит между 4- и 8-

61

клеточными стадиями. Таким образом, имеется более или менее значительный отрезок времени, когда собственный геном зародыша не активен. Первые белки, синтезированные на геноме эмбриона, обеспечивают продолжение клеточного деления и являются факторами имплантации.

Нерасхождение хромосом может происходить в начале дробления, в результате чего образуется 2 или более клеточных линий с различным набором хромосом. Индивидуумы с множественным мозаицизмом называются мозаики (химеры): например, при делении зиготы с дополнительной 21 хромосомой происходит нерасхождение хромосом, и часть бластомеров теряют эту дополнительную хромосому. Такое состояние называется мозаичный синдром Дауна и протекает не так тяжело, как немозаичный.

Процесс дробления начинается в маточной трубе (рис. 4.2). Первое дробление длится около 30 часов, в результате образуются два несколько отличных по величине бластомера. К 3-м суткам после оплодотворения дробление ускоряется, концептус достигает стадии морулы и состоит из 12–16 бластомеров. На 4-е сутки он выходит в полость матки, где еще двое суток — 5- е и 6-е — находится в свободном состоянии.

Рис. 4.2. Топография дробления (по K. L. Moor, 1998)

Предимплантационный концептус. Несмотря на то, что в ходе дробления бластула находится в свободном состоянии, она не является полностью независимой от материнского организма. Одним из подтверждающих это фактов является свидетельство о том, что сахарный диабет матери влияет на предимплантационный концептус. Показано, что гипергликемия приводит к нарушению формирования белковпереносчиков глюкозы и индуцированию апоптоза в бластоцисте.

Предимплантационная диагностика генетических заболеваний осуществляется благодаря использованию микроманипуляторов и ДНК-аппликаций. Пол может быть определен при изучении одного бластомера, взятого из 6- или 8-клеточного концептуса, путем амплификации ДНК. Эта процедура проделывается при искусственном оплодотворении для обнаружения женских концептусов в том случае, если существует высокий риск сцепленных с полом нарушений.

62

С 4-х суток внутри концептуса образуется полость. В ней находится жидкость, которая поступает из полости матки через оболочку оплодотворения. С этого времени концептус называется бластулой, в которой выделяют две части. Внутренняя клеточная масса, состоящая из темных крупных, медленно делящихся клеток называется эмбриобласт, из него будет развиваться зародыш и некоторые внезародышевые органы. Периферические светлые клетки, более мелкие и быстро делящиеся, окружают полость бластулы и эмбриобласт и образуют трофобласт, который обеспечивает питание и защиту зародыша.

Когда число клеток достигает определенного критического уровня, разрушается оболочка оплодотворения. Это происходит на 6-е сутки после оплодотворения. Трофобласт, используя секрет маточных желез, обеспечивает доставку питательных веществ эмбриобласту.

Следует подчеркнуть, что в начале дробления (стадия 2–3 бластомеров) бластомеры не разнородны, и являются в известной степени автономными, относительно независимыми друг от друга единицами и обладают большими морфогенетическими потенциями. Подтверждением тому служит рождение монозиготных близнецов, а также многочисленные эксперименты: установлено, что изолированный бластомер амфибии может продолжать развитие и дать начало новому организму, поврежденные зародыши способны восстанавливать целостную структуру, бластомеры, перемещенные в другую область зародыша, развиваются согласно их новому положению.

Свойство тотипотентности у бластомеров со временем исчезает (уже на стадии 8–16 бластомеров), что связано с их дифференцировкой и коммитированием определенных потенций. Какие же факторы обеспечивают дифференцировку на этом этапе?

Перераспределение морфогенов по разным бластомерам (как результат сегрегации цитоплазмы при оплодотворении), безусловно, играет существенную роль в активации определенных генов. Вместе с тем, все более заметное влияние на дифференциальную экспрессию генов начинают оказывать внешние факторы благодаря формированию межклеточных контактов, что дает возможность бластомерам сообщаться между собой.

Таким образом, наряду с внутриклеточными морфогенами, на бластомеры начинают влиять новые факторы дифференцировки, среди которых главное место занимают контактные межклеточные взаимодействия.

На ранних стадиях дробления между бластомерами остаются большие межклеточные пространства, неизбежные при образовании нескольких шарообразных клеток в замкнутом пространстве. На стадии морулы (примерно 3-и сутки после оплодотворения) начинается компактизация — изменение формы клеток, их сближение и формирование контактов (рис. 4.3) Для этого бластомерам необходимо увеличить площадь поверхности, т. е. синтезировать новые участки мембраны. Наряду с формированием новых участков мембраны,

63

в старых, унаследованных от зиготы, наблюдается перемещение определенных мембранных белков (одним из них является гликопротеин увоморулин) в определенные участки мембраны (этот процесс носит название поляризации). В процессе такого перемещения образуются скопления молекул увоморулина. С помощью этого и других специфических белков бластомеры прикрепляются друг к другу и формируют два типа контактов.

Рис. 4.3. Схема компактизации (по Э. Г. Улумбекову, 1997)

Центрально расположенные клетки — клетки эмбриобласта — формируют плотные и щелевые контакты, в формировании которых принимают участие, главным образом, кадгерины (например, увоморулин или L-МКА или Е-кадгерин) и МКА иммуноглобулинового семейства (в основном, N-САМ). Посредством этих контактов клетки прилипают друг к другу и обмениваются малыми молекулами и ионами — осуществляют информационные межклеточные взаимодействия.

Периферические клетки морулы — клетки трофобласта соединены плотными контактами, обеспечивающими изоляцию эмбриобласта. Основная часть белков в составе этих контактов — кадгерины, основным из которых является Е-кадгерин. Он играет большую роль в раннем развитии, т. к. трансгенные мыши, не имеющие гена к этому белку, не формируют трофобласта и не имплантируются. Вместе с кадгеринами в базолатеральные поверхности клеток встраиваются цингулин, окклюдин, Na-K-АТФ-аза, что обеспечивает транспорт жидкости внутрь бластулы и образование полости. В ходе кавитации (32-кле-точная стадия) в результате последовательной экспрессии десмоплакинов, десмоглеинов и десмоколлинов (десмосомальные кадгерины) формируются полноценные десмосомы.

Процессы, связанные с межклеточными взаимодействиями, имеют большое значение для определения дальнейшей судьбы бластомеров. После того как в результате компактизации клетки занимают положение на

64