7

ТЕМА № 11

Клеточные взаимодействия в развитии

С.Гилберт. Биология развития. Т. 3. Гл. 15.

Пространственная упорядоченность клеток: роль клеточной поверхности. Дифференциальное сродство клеток. Способы клеточной миграции (хемотаксис, гаптотаксис, гальванотаксис, контактное ориентирование, контактное ингибирование, дифференциальная адгезия). Изменение клеточной мембраны в процессе развития. Молекулы клеточной адгезии (кадгерины, иммуноглобулиновое семейство МКА, сахаридные МКА). Морфогенез путем взаимодействия между клеткой и субстратом. Внеклеточный матрикс (коллаген, протеогликаны, гликопротеины). Интегрины. Контактные модификации и морфогенез (типы клеточных контактов).

Пространственная упорядоченность клеток: роль клеточной поверхности

Организм - это не просто собрание случайно расположенных клеток различных типов, и развитие заключается не только в дифференцировке клеток, но и в их пространственной организации в многоклеточные структуры (ткани и органы), называемой морфогенезом. Подробно изучая такие ткани, как сетчатка, мы встречаемся со сложным и четким пространственным распределением целого ряда клеточных типов. Обсуждение морфогенеза можно ограничить 5 основными вопросами.

1. Как из клеток формируются ткани? Почечный эпителий, например, образует плотную трубку из клеток с мощной базальной мембраной для фильтрации крови. Каким образом эти клетки скреплены вместе?

2. Как ткани объединяются в органы? Эпителиальные клетки почечных канальцев должны образовать трубку, окруженную мезенхимой. Именно такая организация почечных канальцев обеспечивает ток мочи и абсорбцию; будь они заполнены соединит тканью, они не смогли бы функционировать.

3. Почему органы возникают в строго определенном, соответствующем для них месте? Почки не располагаются на голове или конечностях.

4. Каким образом мигрирующие клетки достигают конечного пункта своей миграции? Половые клетки позвоночных образуются не в гонадах. Что заставляет их следовать определенным маршрутом и прекратить миграцию по достижении области формирующейся гонады?

5. Как происходит рост органов и составляющих их клеток; как скоординирован этот рост в процессе развития? Скорость роста почки у новорожденного и взрослого человека не­одинакова. Вместе с тем клетки - предшест­венники форменных элементов крови делятся в течение всей жизни человека примерно с той же скоростью, что и у плода. Какие факторы контролируют эти различия в скорости роста?

Все эти вопросы касаются аспектов поведения клеток. В самом деле, принято считать, что морфогенез происходит благодаря осуществлению относительно ограниченного набора процессов, происходящих на клеточном уровне:

1) направления и числа клеточных делений; 2) изменения формы клеток; 3) миграции клеток; 4) их роста; 5) гибели и, наконец, 6) изменений в составе клеточной мембраны и внеклеточного матрикса. О некоторых из перечисленных процессов мы уже упоминали, особенно при изучении гаструляции - одного из важнейших морфогенетических событий в жизни раннего зародыша.

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. 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. На этой лекции мы рассмотрим пути взаимодействия клеточных поверхностей в ходе развития, приводящего к тому, что клетки надлежащим образом оказываются локализованными в соответствующих тканях и органах.