Молекулярная биология клетки. Том 4 - Албертс Б.
Скачать (прямая ссылка):
15.6.14. Регенерация двумерных участков подчиняется правилу ннтеркаляции [49, 50]
Предположим, что на боковой поверхности ноги таракана удален двумерный участок. В таких случаях происходит регенерация недостающего фрагмента: эпидермальные клетки, расположенные по периметру ранки, перемещаются к ее центру, и в результате их пролиферации удаленный участок восстанавливается. Именно такую последовательность событий предсказывает правило
/ '
интеркаляции. Клетки, надвигаясь на ранку с ее краев, встречаются с клетками, находившимися в других участках ее периметра, и в результате возникают разрывы в поле плавно изменяющихся позиционных значений. Согласно правилу интеркаляции, появление таких разрывов стимулирует пролиферацию клеток, и новые клетки приобретают промежуточные позиционные значения, восстанавливая таким образом непрерывность. Требование непрерывности в двумерном пространстве, как и в одномерном, является достаточным для того, чтобы гарантировать регенерацию всех удаленных участков.
Совершенно аналогичным образом можно показать, что правило интеркаляции позволяет объяснить и регенерацию ампутированных конечностей (рис. 15-60). После такой ампутации по периметру раны начинается рост клеток, и они покрывают поверхность разреза, так же как это происходит после удаления участка на боковой поверхности ноги. Здесь тоже эпидермальные клетки восстанавливают все, что находилось внутри периметра раны,-просто в данном случае это «все» включает и кончик конечности, поэтому регенерирующий эпителий образует удлиненный выступ. Однако в регенерации ампутированной конечности есть важный новый момент: клетки здесь обнаруживают способность восстанавливать не только части того сегмента, из которого они происходят, но и другие, более дистально расположенные сегменты, полностью утраченные в результате ампутации. Однако мы не знаем, почему в этом случае клетки способны приобретать свойства клеток из других сегментов, тогда как в опытах с перекрестной трансплантацией, описанных ранее (разд. 15.6.11), эта способность не проявляется.
15.6.15. Возможно, что правило интеркаляции применимо и ко многим другим системам
Правило интеркаляции явилось своего рода триумфом концепции позиционных значений. Оно позволяет верно предсказывать удивительно широкий круг явлений, связанных с регенерацией, не только у тараканов, но также у амфибий, мух и ракообразных. Но какие механизмы лежат в основе этого правила на клеточном уровне и как с ним можно связать процессы морфогенеза в эмбриональном развитии?
Правило интеркаляции в том виде, как оно представлено здесь, содержит два важных положения, которые можно назвать правилом роста и правилом непрерывности. Согласно первому из них, разрывы в ряду позиционных значений вызывают локальный рост. Согласно второму, новообразующиеся клетки приобретают промежуточные позиционные значения, восстанавливающие непрерывность ряда. Можно было бы ожидать, что правило непрерывности окажется применимым почти к любой системе, в которой позиционные значения клеток изменяются плавно и поддерживаются столь же плавно изменяющимися взаимодействиями между соседними клетками. С другой сто-
роны, это правило вряд ли может быть применимо к системам, в которых поведение каждой клетки определяется ее предысторией, зафиксированной в клеточной памяти, и не может меняться в зависимости от обстоятельств данного момента. Например, как мы уже отмечали, в почке конечности кури-ного эмбриона иа ранних стадиях развития соседние клетки могут взаимодействовать таким образом, что это ведет к заполнению разрывов в позиционных значениях (разд. 15.6.8), как бы следуя правилу интеркаляции. На более поздних стадиях эта способность теряется-клеткн ведут себя независимо друг от друга и созданные в эксперименте разрывы сохраняются.
Правило роста, согласно которому разрывы в ряду позиционных значений вызывают местную пролиферацию клеток, можно рассматривать как следствие более общего правила: появление чрезмерно крутых градиентов позиционных значений всегда вызывает локальный рост. Это последнее правило позволило бы понять, почему при интеркаляриой регенерации рост после достижения надлежащих конечных размеров прекращается. Оно могло бы также быть основой простого механизма регуляции роста при нормальном развитии: из этого правила следует, что структура с определенной «картой» позиционных значений, заложенная первоначально в малом масштабе, должна расти до тех пор, пока градиенты позиционных значений в ней не станут достаточно пологими-такими, как во взрослом организме. Это позволило бы, например, объяснить, как контролируются размеры компартментов у дрозофилы (см. разд. 15.4.14).
Заключение
У куриного эмбриона клетки мезенхимы в зачатке конечности получают трехмерную позиционную информацию при участии различных механизмов. По-видимому, вдоль передне-задней оси морфогенез контролируется сигналом, сила которого зависит от расстояния до поляризующего участка, расположенного на заднем краю зачатка конечности; пересадка второго поляризующего участка в переднюю область приводит к зеркальному удвоению структур, дифференцирующихся в передне-заднем направлении. Вдоль проксимодистальной оси структуры закладываются под влиянием апикального эктодермального гребня: после его удаления дистальные части конечности не образуются. Свойства клеток на различных уровнях вдоль проксимодистальной оси (способность их формировать определенные элементы скелета), по-видимому, зависят от того, сколько времени эти клетки провели в «зоне прогрессивного развития» вблизи апикального гребня до появления видимых признаков дифференцировки. Очевидно, на ранних стадиях развития в мезенхиме происходят также межклеточные взаимодействия, сглаживающие возможные разрывы в плавных градиентах позиционных значений.
