Устойчивость клеточной дифференцировки Трансдифференцировка

В норме конечное дифференцированное состояние клетки очень стабильно, но при определенных условиях возможна либо утрата дифференцированного состояния – дедифференцировка, либо переход в иное дифференцированное состояние – трансдифференцировка.

Дедифференцировка

Осуществляется при культивировании дифференцированных тканей in vitro.Сначала клетки кусочков культивируемых тканей теряют свои признаки и свойства, затем приобретают новые.

Дифференцировка → дедифференцировка→ трансдифференцировка.

Если клетки разных типов длительно культивировать in vitro, то они становятся похожими, и в культуре начинают преобладать два клеточных типа: фибробластоподобный и эпителиоподобный. Если изменять состав среды, то этими процессами можно управлять (ускорять или замедлять).

Трансдифференцировка (опыты Шмидта)

Наиболее убедительные опыты по трансдифференцировке были проведены на тканях гидроидных медуз.

Так, из поперечнополосатых мышц медузы (при условии разрушения мезоглеи) могут получиться все другие типы клеток, в том числе такие сложные как стрекательные и нервные. При этом для преобразования поперечнополосатых волокон в гладкие вовсе не требовалось делений, в нервные – одно деление, в другие типы клеток – два деления.

У амфибий край радужки глаза может преобразоваться в эпителий хрусталика, причем при регенерации хрусталика глаза из пигментных клеток необходимо не менее шести делений.

Непременное условие трансдифференцировки во всех известных случаях – деградация внеклеточного матрикса., т.е. клетки сохраняют свое дифференцированное состояние только в связи с матриксом, составляя с ним единое целое. Напомним, что внеклеточный матрикс регулирует экспрессию генов в клетке.

Трансдетерминация

Понятие «трансдифференцировка» на первый взгляд весьма сходно с понятием «трансдетерминация». Иногда между ними не делают различий, что вносит ненужную путаницу. Трансдетерминация – переключение детерминации с одного пути на другой (при этом дифференцировка еще не произошла). При трансдифференцировке клетки меняют уже достигнутое состояние дифференцировки.

Явление трансдетерминации хорошо иллюстрируется опытами Э. Хадорна на имагинальных дисках насекомых. Если клетки имагинальных дисков годами культивировать в имаго (пересаживать в новых особей по мере старения прежних), то они не дифференцируются (для этого нужен гормон линьки экдизон, которого у имаго нет). При пересадке в личинку эти клетки под влиянием экдизона развиваются в «свой» орган – крыло, глаз, ногу, антенну и т.д. Таким образом, клетки имагинальных дисков «помнят» направление своей дифференцировки в течение времени жизни многих поколений.

Но в небольшом проценте случаев эти клетки спонтанно могут дать начало другому органу, например,

Крыловой диск → мезоторакс (среднегрудь)

→ нога

Антеннальный диск → крыло, глазной диск → крыло

→ глаз

Некоторые из этих трансдетерминаций обратимы, другие – слабо или вовсе необратимы. Своеобразной «ловушкой» оказался мезоторакс: в него постепенно трансдетерминировались клетки всех других дисков, а он – только сам в себя.

Отсюда следует, что если направление детерминации меняется, то строго определенным образом и строго по конкретному, небольшому набору путей.

Проблема изучения механизмов трансдифференцировки и трансдетерминации является одной из важнейших проблем биологии развития и имеет огромное прикладное значение. Она тесно связана с получением и побуждением к развитию в строго определенном направлении т.н. стволовых клеток.