Нейральная индукция: модели и механизмы

Среди современных спекуляций о механизмах нейральной индукции лидирующую позицию занимает "модель нейрального уклонения". Суть соответствующих логических построений состоит в следующем. Эктодерма ранней гаструлы амфибий вследствие неясных пока меха­низмов детерминирована к дифференцировке в эпидермис. Если нару­шить процесс эпидермальной дифференцировки (диссоциация эктодер­мы на одиночные клетки, инактивация рецепторов активина и (или) BMPs и т.п.), то эктодерма как бы выскальзывает из-под эпидермального контроля и способна "воспринять" иной, нейральный путь развития. Согласно этой модели нейрализующие факторы, поступающие к экто­дерме от шпеманновского "организатора", в зоне своей наивысшей ло­кальной концентрации нарушают процесс эпидермализации эктодермы и "предписывают" ей нейральный путь развития.

В нормальном развитии завершающие этапы нейральной детерминации приходятся на стадии поздней бластулы - ранней гаструлы и находятся под контролем мо­лекулярных сигналов, поступающих в эктодерму от шпеманновского "организатора".

Нейральная индукция: сравнительные аспекты

Посмотрим, насколько сходны процессы нейральной индукции у амфибий с процессами нейральной детерминации у других животных. Эмбриональные зачатки, функционально аналогичные шпеманновскому "организатору" амфибий, были идентифицированы у других позво­ночных животных, на основании способности таких образований инду­цировать вторичный осевой комплекс в эмбриональной эктодерме (рис. 3.4).

У куриных зародышей серповидная полоска Коллера (Koller sickle) и гензеновский узелок (Hensen node), расположенный в переднем отде­ле так называемой "первичной полоски", обладают индуцирующими активностями, сходными с таковыми шпеманновского "организатора" амфибий (рис. 3.5). Более того, совмещение in vitro гензеновского узел­ка с эктодермой гаструлы амфибий приводит к образованию в послед­ней вторичного осевого комплекса с нервной тканью. Это указывало на возможное сходство соответствующих сигнальных молекул, секретируемых "организаторами" амфибий и птиц. И действительно, одним из факторов, секретируемых гензеновским узелком, оказался FGF, который вызывал нейрализацию эксплантатов эктодермы (эпибласт) ран­них куриных зародышей.

Еще одним фактором, проявляющим нейрализующую актив­ность по отношению к эктодерме куриных зародышей, оказался так называемый "фактор роста гепатоцитов" (Hepatocyte Growth Factor -HGF). У куриных зародышей HGF экспрессируется в первичной полоске и гензеновском узелке; подсадка под эмбриональную эктодерму HGF-coдержащих гранул или HGF-синтезирующих клеток вызывала образова­ние множественных дополнительных осевых комплексов с нервной тка­нью. HGF характеризуется только нейрализующими эффектами (активация нейроспецифических генов, ин­дукция образования нейронов с аксонами и т.д.). Таким образом, его можно рассматривать как один из вероятных претендентов на роль нейрализующих агентов "организатора" кур.

Однако тестирование HGF с использованием эксплантатов эктодер­мы ранней гаструлы нескольких видов амфибий не обнаружило какого- либо нейрализующего эффекта. Следовательно, функциональное сходство "организаторов" амфибий и птиц не означает обязательного подобие соответствующих нейрализующих сигнальных молекул.

Данные о нейрализующих факторах "организатора" у млекопитающих ограничиваются указанием на секретируемый фактор нодел (nodal), относящийся к семеству TGFs; он необходим для формирования первичной полоски у мышиных зародышей. Интересно, что экспериментально спровоцированная гиперэкспрессия гена нодел в ранних зародышах рыб приводит к индукции дополнительных осевых комплексов.

Гомеобокс-содержащий ген Liт-1, который принимает участие в индукции головных структур у амфибий, характеризуется, по-видимо­му, сходными функциями и в раннем развитии мышей. У зародышей мышей были также идентифицированы FGFs и фоллистатин, участвую­щие в процессах нейрализации эктодермы гаструлы амфибий. Однако у мышей, нокаутированных по FGF-генам, наблюдали нормальное разви­тие первичной полоски и нервной системы, а погибали такие эмбрионы в результате глубоких нарушений в процессе формирования печени и плаценты. Сходным образом, инактивация фоллистатина не вызывала никаких патологических изменений в развивающейся нервной ткани у зародышей мышей.

У рыб, функциональным гомологом шпеманновского "организато­ра" является так называемый "зародышевый щиток", способный к ин­дукции вторичного осевого комплекса с нервной тканью; молекуляр­ные факторы, вызывающие нейрализацию клеток бластодермы заро­дышей рыб, пока не идентифицированы.

Таким образом, функции "организатора", наиболее полно исследо­ванные на зародышах амфибий, являются, по-видимому, универсальны­ми для многих видов позвоночных. Это, однако, не означает структур­ного тождества всех соответствующих молекулярных медиаторов ин­дукционных взаимодействий.