Физические факторы дифференцировки

Температура. Большинство генов при температуре, значительно превышающей оптимальную для данного вида, инактивируются, но: существуют гены теплового шока, которые активируются кратковременным воздействием температур, близких к сублетальным. Это ведет к появлению строго определенных повреждений в результате синтеза специфических белков. У многих животных имеются периоды повышенной чувствительности к температуре, когда гены теплового шока активируются особенно легко. Например, кратковременное прогревание зародышей лягушки на стадии от ранней гаструлы до хвостовой почки ведет к повреждению строго определенных сегментов осевой МД.

Свет. Данных о влиянии света на дифференцировку немного. Известно, что у плазмодиофорей и высших растений геном может активироваться светом.

Механические напряжения. Многие виды эмбриональных клеток и тканей меняют способность к синтезу нуклеиновых кислот и белков в зависимости от того, растянуты ли они по субстрату, или находятся в суспензии (см. таблицу)

Способность к синтезу белков у некоторых типов клеток

в зависимости от их состояния

Клеточный тип	Состояние клеток
	растянуты	в суспензии
фибробласты	Синтез коллагена	Нет
хондробласты	Синтез фибронектина	Синтез протеогликанов
эритроидные клетки	Нет	Синтез гемоглобина

Механизм действия натяжения на дифференцировку выглядит следующим образом:

Натяжение действует на:

• Мембрану (открываются каналы, активируются ферменты).

• Цитоскелет (собираются:

А) микротрубочки и микрофиламенты, которые отвечают за транспорт органелл и белков и таким образом влияют на трансляцию;

Б) промежуточные филаменты, которые проникают в ядро и влияют на транскрипцию. Все это ведет к возникновению различий между клетками.

Влияние других физических факторов (электромагнитное излучение, механические колебания ультразвукового и звукового диапазонов, электрические и магнитные поля) пока нельзя считать строго доказанными.

Структурно-топологические факторы

1. Сгущение-разрежение =сжатие-растяжение клеток.

Примеры:

Сетчатка формируется на вогнутой (сжимающейся) стороне глазного бокала, пигментный эпителий – на выпуклой (растягивающейся) стороне.

Если ткань глазного бокала культивировать

–в условиях скопления – она вся дифференцируется в сетчатку;

– в условиях разрежения – вся превратится в пигментный эпителий.

Если зачаток глаза проколоть, натяжение устранится, и часть уже дифференцированного пигментного эпителия преобразуется в сетчатку.

2. Количество соседей, наличие или отсутствие контактов между ними. Примеры:

• Так, у брюхоногих моллюсков БМ, которому удалось установить максимальное число контактов с соседями (22-24), становится родоначальником целомической МД;

• у нематод такой БМ станет родоначальником ЭНТД.

• У амфибий нарушение контактов между клетками хордомезодермы (даже на несколько десятков секунд) в период гаструляции изменяет их дифференцировку в направлении головного мозга.

3. Контактная поляризация – увеличение площади боковых контактов между клетками, которое ведет к перераспределению в клетках органелл и контактных зон → преобразованию клеточных мембран и цитоскелета →экспрессии генов. Примеры:

• В клетках эмбриональной сетчатки фермент глютаматсинтетаза образуется только при наличии контактов.

• В клетках взрослой печени (между ними тесные контакты) в норме никогда не синтезируется белок α-фетопротеин. Если их разобщить – этот белок появляется.

4. Контактная ингибиция –влияние на двигательную и митотическую активность других клеток. Примеры:

• Если два свободнодвижущихся фибробласта встречаются, то тот, который контактирует с другим посредством ламеллоподии (тонкий отросток, образующийся по ходу движения в передней части клетки), немедленно останавливается, его ламеллоподия исчезает, и клетка начинает двигаться назад (это особенно характерно для мезенхимы).

• При контакте двух клеток их митотическая активность понижается, при разрыве контакта – повышается (этот механизм лежит в основе заживления ран).

5. Структура внеклеточного матрикса. Этот фактор особенно важен в случае эпителиально-мезенхимных взаимодействий. Схема механизма действия: внеклеточный матрикс→мембрана→ цитоскелет→ядро→ экспрессия генов. Примеры:

• Для формирования выроста легкого из эпителия передней кишки необходим контакт эпителия с мезенхимой этого же зачатка. Чужеродная мезенхима полностью изменяет его судьбу. Так, мезенхима желудка, контактируя с легочной ЭНТД, направляет ее дифференцировку в железы желудка; мезенхима печени – в печеночные тяжи.

• Присутствие мезенхимы необходимо для формирования щитовидной железы и печени. Так, для начала морфогенеза печени из эпителия передней кишки необходим контакт с мезенхимой зачатка сердца, а затем – собственной мезенхимой.

Все известные сейчас факторы клеточной дифференцировки действуют направленно и эстафетно, т.е. каждая клетка, получившая импульсы дифференцировки, сама становится ее источником (передача эстафеты).