гормонов, кейлонов и компонентов межклеточного вещества). Эти индукционные влияния приводят к дифференциальной экспрессии генетического материала, обеспечивающей морфогенетические перемещения и дифференцировку клеток. Перечисленные механизмы будут подробно рассмотрены в главе «Органо- и гистогенез», поскольку они играют существенную роль и в процессах тканевой дифференцировки.

1.2.4.Тканевая (гистотипическая) дифференцировка

Входе органо- и гистогенеза происходит окончательная детерминация клеток и дифференцировка большинства из них в дефинитивные ткани в составе определенных органов. Тканевая дифференцировка представляет собой процесс превращения популяций малодифференцированных клеток в ткани: клетки различных зародышевых листков и зачатков окончательно определяют свою тканевую природу, гистологически детерминируются, а затем приобретают помимо общих для них структур и функций обмена и размножения еще и специфические, характеризующие их как элементы определенных тканей и органов. Вначале эти особенности остаются неспецифическими, выражаясь в неодинаковых размерах и форме клеток, в распределении органелл, но постепенно нарастает функциональная специализация клеток, сопровождающаяся появлением качественных особенностей обмена и структуры. Клетки разных зачатков приобретают неодинаковые специальные органеллы и включения: микроворсинки, реснички, миофибриллы, секреторные капли и гранулы, образуют неклеточные производные — симпласты, межклеточное вещество с волокнами, могут измениться структура и размер ядра, размеры и форма клеток, ядерноцитоплазматическое отношение. Организм становится все более и более разнородным по составу: углубляется дифференцировка отдельных частей и всего организма в целом.

Механизмы тканевой дифференцировки принципиально не отличаются от таковых при зачатковой дифференцировке; основную роль продолжают играть индукционные взаимодействия (вторичная эмбриональная индукция). Наиболее хорошо изученными примерами вторичной индукции являются взаимодействия эпителиальных слоев с прилежащими мезенхимальными клетками: развитие зачатка мочеточника и почечных канальцев, формирование тканей зуба, протоковой и секреторной систем слюнных желез (непосредственный контакт клеток), дифференцировка эпителия роговицы, которая зависит от индукционного влияния коллагена капсулы хрусталика (индукционное влияние матрикса одной клетки на другую). То, что именно мезенхима является индуктором для эпителия, говорят результаты экспериментов: эмбриональные эпителий и мезенхима отделялись друг от друга, а затем совмещались различными способами. Эпителий давал конечные структуры, характерные для

11

локализации того участка, откуда была взята мезенхима, а не сам эпителий. Например, если клетки дермы (мезенхимного происхождения) зародыша курицы рекомбинировать с эпидермисом (эктодермального происхождения), то характер возникающих кожных структур (перо крыла, перо бедра, коготь) определяются первоначальным положением мезодермы, а не эктодермы. Другой пример: дыхательная эпителиальная трубка под действием мезенхимы в области шеи не ветвится, а начинает ветвиться лишь в грудном отделе; если перенести мезенхиму из области шеи в грудной отдел, то ветвление дыхательной трубки прекращается.

При развитии других органов имеет место реципрокная (перекрестная) индукция, когда эпителий и мезенхима взаимно индуцируют друг друга, и отвечающая ткань может стать индуцирующей. Так, при развитии почки эпителий зачатка мочеточника при контакте с метанефрогенной мезенхимой удлиняется и ветвится, а мезенхима, в свою очередь, конденсируется и формирует трубочки (канальцы почки). В эксперименте отделялись эпителиальные и мезенхимальные зачатки; при этом без мезенхимы зачаток мочеточника не ветвился, а мезенхима без зачатка мочеточника не конденсировалась с образованием канальцев.

1.3.ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕТЕРМИНАЦИИ

ИДИФФЕРЕНЦИРОВКИ

Центральная гипотеза генетики развития заключается в том, что дифференцировка клеток происходит без изменений генома. Другими словами, любая клетка образуется в результате делений одной и той же зиготы, и значит, в организме все соматические клетки содержат одинаковый полный набор генов, сформированный в зиготе. ДНК всех клеток, независимо от уровня дифференцировки, идентична.

Следующее положение постулирует, что в клетках, дифференцированных по-разному, происходит экспрессия разных генов. Неиспользуемые гены не разрушаются, не мутируют и сохраняются в форме, которая допускает их экспрессию при соответствующих условиях.

Отсюда рождается вопрос, которым занимается генетика развития: какие именно механизмы обусловливают такое избирательное включение генов, в результате которого возникают различия между клетками? В настоящее время изучены лишь некоторые из этих механизмов, действие которых осуществляется на различных уровнях:

1.Транскрипции РНК.

2.Процессинга РНК.

3.Трансляции белка.

4.Пострансляционной модификации белка.

12

3. Дифференциальная транскрипция может быть достигнута влиянием энхансеров. Существуют энхансеры, которые:

−активируются на определенной стадии развития, что обеспечивает транскрипцию генов только в этот период. Например, в процессе эмбриогенеза происходит смена нескольких типов гемоглобина: эмбриональный (до 6-й недели), фетальный (с 7-й до 36-й недели) и взрослый (с 37-й недели). Эти типы гемоглобина зависят от типов его белковой части — глобина, которые кодируются разными генами. Предполагается, что гены разных типов глобина имеют свои временные энхансеры, специфично активирующиеся в определенное время;

−активируются только в определенных тканях (тканеспецифические энхансеры).

Кроме перечисленных факторов, немаловажную роль в дифференциальной транскрипции играют гистоновые белки; формирование нуклеосом; характер закручивания цепи ДНК; множество белковых факторов транскрипции, которые влияют на промоторы, энхансеры и РНК-полимеразу.

1.3.2. Контроль развития на уровне созревания РНК (процессинг и сплайсинг)

Напомним, что не вся цепочка ДНК несет «смысловую» нагрузку. В ее нуклеотидную последовательность вставлены участки, которые не транслируются. Такие нетранслируемые участки ДНК в генах называются интронами, тогда как участки ДНК, кодирующие аминокислотную последовательность полипептида, называются экзонами. Поэтому при трансляции формируется не окончательная мРНК, а лишь первичный транскрипт — про-мРНК или гяРНК (гетерогенная ядерная РНК), из которого еще нужно удалить интроны.

Процессинг РНК — это формирование из первичного транскрипта (гяРНК) конечной цепочки мРНК путем удаления интронов с помощью мяРНК (малой ядерной РНК). В настоящее время процессинг РНК рассматривается как один из способов регуляции дифференциальной экспрессии генов, поскольку многочисленные исследования выявили в клетках разных типов одинаковые гяРНК, но специфические мРНК. Например, клетки паращитовидной железы и головного мозга содержат одинаковые гяРНК, из которых в результате процессинга формируются мРНК для кальцитонина и нейропептида CGRP соответственно. Одноядерные миобласты, многоядерные мышечные трубочки и некоторые немышечные клетки содержат одинаковую гяРНК, но только в ядрах мышечных трубочек происходит процессинг гяРНК с образованием специфичной для синтеза мышечного белка мРНК. Предполагается, что регуляция процессинга зависит от типов мяРНК, характерных для различных периодов развития; от скорости разрушения гяРНК; от некоторых

14