Контактное ингибирование движения

Рассмотренные выше механизмы миграции клеток на относительно дальние расстояния следует дополнить локальными явлениями, которые также вносят определенный вклад в направленную миграцию. Клетки движутся посредством вытягивания тонкого отростка - ламеллоподии. Когда ламеллоподия одной мигрирующей клетки контактирует с поверхностью другой клетки, наблюдается паралич этой ламеллоподии и ее исчезновение. Такое явление называется контактным ингибированием движения. В данном случае новая ламеллоподобия образуется где-либо в другом месте клетки, уводя ее от соседней. В итоге происходит миграция подвижных клеток от центральной массы. (Это явление прежде всего характерно для мезенхимных клеток и не свойственно клеткам, объединенным в эпителиальный слой, если только не обнажена свободная граница эпителия.)

Этот процесс также имеет место при заживлении ран. Если удалить эпидермальные клетки с хвостов головастиков Хепорш, то подстилающие базальные клетки по краям раны в течение 5-10 секунд формируют ламеллоподии. С помощью этих ламеллоподии клетки перемещаются по базальной мембране, покрывая площадь раны. Прикасаясь друг к другу, противолежащие ламеллоподии слегка пересекаются, слипаются и перестают двигаться

Термодинамическая модель клеточных взаимодействий

Приведенные выше модели объясняют ряд существенных черт морфогенеза, но они не позволяют объяснить явление рассортировки, обнаруженное Таунсом и Гольтфретером. В 1964 г. Малколм Стейнберг предложил модель, объясняющую направления клеточной рассортировки на основе принципов термодинамики.

В опытах на клетках трипсинизированных эмбриональных тканей Стейнберг показал, что клетки определенных типов в комбинациях с одними клетками всегда мигрируют к центру, а с другими - к периферии. Иными словами, в результате клеточной перестройки достигается наиболее стабильная в термодинамическом отношении организация. Все, что необходимо для рассортировки клеток, — это разная сила их адгезии. В простейшем случае на поверхности всех клеток может быть один и тот же сорт «клея». Количество этого продукта клеточной поверхности или клеточная архитектура, обусловливающая различную концентрацию этого вещества, может стать достаточным условием для установления разного количества устойчивых контактов между клетками разных типов. Вместе с тем причиной термодинамических различий могут быть разные типы адгезионных молекул. Эта термодинамическая модель названа гипотезой дифференциальной адгезии. В соответствии с этой гипотезой считается, что ранний зародыш находится в состоянии равновесия, пока какое-либо изменение активности генов не приведет к изменению поверхностных молекул. Тогда происходят перемещения клеток с целью поиска и установления новой равновесной конфигурации.

Изменения в строении клеточной поверхности Строение клеточной мембраны

Итак, формирование тканей и органов обусловлено событиями, происходящими на клеточной поверхности соседних клеток. Клеточная поверхность включает: плазматическую мембрану клетки, молекулы, расположенные непосредственно под ней и с ней связанные, и молекулы, находящиеся во внеклеточном пространстве. Эукариотические клетки окружены сложным молекулярным пограничным слоем, называемым плазматической (или клеточной) мембраной. Современные представления о строении этой мембраны укладываются в жидкостно-мозаичную модель. Основу мембраны составляют два слоя фосфолипидов, полярные концы которых ориентированы в сторону водных растворов с каждой стороны фосфолипиднои среды. Некоторые белки пронизывают мембрану насквозь, тогда как другие лишь частично погружены в фосфолипидный би-слой. Распределение белков обусловливает «мозаичность» мембраны. Способность белков перемещаться в плоскости фосфолипидного матрикса служит свидетельством ее «жидкостной» природы. Многие мембраны содержат также достаточно большие количества углеводов. Эти сложные сахара присоединены к липидам и белкам на наружной поверхности мембраны.

Некоторые белки перемещаются в мембране путем пассивной диффузии, что не требует затрат энергии. Специфические белки, однако, перемещаются особым образом – сначала белки образуют как бы пятна, потом «колпачки» на одном из концов клетки. Этот процесс, называемый кеппингом, зависит от энергии и от системы микротрубочек и микрофиламентов клетки.

Наличие микрофиламентов – это типичный признак цитоплазмы на границе с клеточной мембраной. Микрофиламенты играют важную роль и в движении клеток. В этом случае актиновые микрофиламенты связываются с миозином, а-актином и тропомиозином, образуя сократимую сеть, сходную с аналогичной структурой в мышцах. Предполагается, что эта сократимая сеть заякорена в мембране при помощи белка талина, соединяющего микрофиламенты с белком клеточной мембраны. У большинства клеток позвоночных эта сеть обеспечивает механизм удлинения и миграции клетки.

Клеточная мембрана содержит также белки, способные взаимодействовать с внешней средой. Некоторые белки имеют активные участки, направленные наружу, к другим клеткам. Наиболее известные белки этого типа - транспортные белки, облегчающие движение ионов и питательных веществ в клетку, и рецепторные белки, связывающие гормоны и лекарственные препараты. Кроме того, есть еще три класса молекул клеточной мембраны (обычно это белки), специально участвующие в обеспечении специфических взаимодействий с другими клетками

1. Молекулы клеточной адгезии. Эти белки участвуют в адгезии клетка-клетка. Они могут объединять клетки в эпителиальные слои и конденсировать мезенхимные клетки.

2. Молекулы адгезии клеток к субстрату. Эти молекулы участвуют в связывании клеток с их внеклеточными субстратами. К их числу относятся компоненты внеклеточного матрикса и рецепторы для этих молекул на поверхности клеток. Молекулы адгезии к субстрату обусловливают движение мезенхимных клеток и пространственное разделение эпителиальных слоев.

3. Молекулы клеточных контактов. Эти молекулы обеспечивают пути, посредством которых цитоплазма соседних клеток может сообщаться (т. е. их коммуникацию), а также обеспечивают непроницаемость и сообщают механическую прочность эпителиальным слоям. Предполагается, что экспрессия этих молекул клеточной поверхности опосредует связь между одномерным генетическим кодом и трехмерным организмом. Модулируя появление этих молекул, геном таким образом детерминирует процесс морфогенеза.