Математическая биология развития - Аладьев В.З.
Скачать (прямая ссылка):
собственного пути, выраженную числом направлений, из которых производится
выбор, в свое время мы назвали "компетенцией клетки" [Туманишвили,
Саламатина, 1973; Туманишвили, 1977]. Как известно, термин "компетенция"
предложен Уоддингтоном [1947], но этот автор использовал его
применительно к зародышевым зачаткам (компетентная эктодерма и т. п.).
Использование этого же термина по отношению к клетке кажется
целесообразным и вряд ли мо-
69
жет привести к каким-нибудь терминологическим затруднениям. Поскольку
компетенция клетки измеряется числом направлений дифференцировки, из
которых клетка альтернативно выбирает лишь один, то совершенно очевидно,
что компетенция клетки сокращается в процессе дифференцировки и
окончательно утрачивается ею в терминальной фазе дифференцировки.Таким
образом, чем выше степень дифференцировки клетки, тем уже ее компетенция,
и наоборот.
. Тут же следует заметить, что проблема выбора пути является одной из
основных проблем теории дифференцировки клеток и не имеет в настоящее
время сколько-нибудь удовлетворительного решения.
НУЛЕВАЯ ТОЧКА ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ
Для различных клеточных типов имеется общая нулевая точка
дифференцировки. Нулевая точка расположена в начале каждого клеточного
пути, или дифферона. Схематически она может быть изображена как некая
центральная точка, из которой радиально выходят клеточные пути (см. рис.
10, б).
В свое время мы [Туманишвили, Саламатина, 1973; см. также Туманишвили,
1977] выдвинули соображения, согласно которым за полностью
недифференцированную клетку (вместе с тем являющуюся и нулевой точкой
дифференцировки) следует считать клетку, равновероятно способную
превратиться в клетку любого типа, принадлежащего данному организму.
Совершенно ясно, что для разных видов нулевая точка соответствует разным
клеткам. Для того чтобы в этом убедиться, достаточно сравнить бластомеры
и клетки бластулы регулятивных и мозаичных зародышей. Такую полностью
недифференцированную^ клетку, мы назвали "идеальной зародышевой клеткой",
считая ее нулевой точкой дифференцировки.
Строго говоря, в рассматриваемом нами случае не может быть полной
равновероятности. Однако различия в вероятностях малы и, по-видимому, в
наших рассуждениях вполне пренебрежимы.
СТИМУЛЫ ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ.
УСТОЙЧИВОСТЬ (СТАБИЛЬНОСТЬ) СОСТОЯНИЯ КЛЕТКИ И КРИТЕРИИ ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ
Обычно считается, что дифференцировка представляет собой процесс
структурного усложнения клетки, требующий особых сил (стимулов). Если
подобная точка зрения верна, дифференцировка, очевидно, должна
сопровождаться поступлением в клетку относительно большого количества
энергии или/и информации. Схематически это может быть изображено в виде
наклонной плоскости и шарика, катящегося по ней (рис. И, а). Как видно из
рис. 11, а, клетка в таком случае катится снизу вверх под влиянием
специфических стимулов. Ясно, что на приведенной схеме изображен лишь
один клеточный путь,
70
А
е
т,
Рис. 11. Два варианта модели наклонной плоскости
а - дифференцировка клетки происходит под влиянием стимула, действующего
в течение всего процесса дифференцировки; б - дифференцировка клетки
происходит без действия
на нее какого-либо специфического стимула и обусловлена стремлением
клетки занять максимально дифференцированное состояние
Достаточно удалить препятствие (заслонки а, и а2), чтобы клетка
продолжала диффереяцировку. Для полной эмбрионализации клетки Сп
необходимо действие стимула, равного в,, в то время как для начала
дифференцировки идеальной зародышевойу^клеткой достаточен стимул
значительно меньший величины е. Сп - клетка в терминальной фазе
дифференцировки
Рис. 12. Клетки С2 и С3, остановившиеся на разных уровнях клеточного пути
Рассмотренная модель предполагает существование стимулов двух родов:
стимулы, обусловливающие протекание процесса дифференцировки в любом ее
направлении (собственно стимулы), и стимулы, определяющие направление
дифференцировки и, следовательно, тип данной клетки.
Прежде всего рассмотрим стимулы первого рода. Несмотря на то что
приведенная модель кажется наиболее естественной, многие факты
противоречат ей. 1. Дифференцировка не нуждается в длительно действующем
стимуле. Соответствующий стимул лишь запускает дифференцировку по типу
триггерного механизма [например: Саксен, Тойвонен, 1963; Toivonen, 1967].
2. Стимулы дифференцировки скорее неспецифичны, чем специфичны. 3.
Принимая во внимание пролиферацию клеток, мы неизбежно придем к
заключению, что для обеспечения дифференцировки требуется поступление в
живую систему довольно большого количества энергии и информации. Между
тем подобное положение вещей трудно представимо, поскольку на ранних
стадиях развития, когда процессы клеточной дифференцировки протекают
особенно^ин-тенсивно, живая система (зародыш) почти полностью изолирована
от среды и приток в нее энергии и информации весьма мал. В противном
случае реализация генетической программы гораздо
