Математическая биология развития - Аладьев В.З.
Скачать (прямая ссылка):
71
больше зависела бы от среды, чем это происходит на самом деле. 4. С точки
зрения обсуждаемой модели относительная необратимость цитодифференцировки
трудно объяснима. Согласно данной гипотезе вероятность дедифференцировки
клеток должна была быть в достаточной степени высокой.
Задавшись диаметрально противоположной предпосылкой, мы приходим к более
приемлемой, на наш взгляд, хотя и менее привычной, модели. Теоретической
основой последней является предположение, что дифференцировка клетки не
нуждается в побуждающих стимулах, т. е. клетка сама стремится к наиболее
дифференцированному состоянию. Таким образом, дифференцировка сама по
себе представляет собой реализацию имманентного стремления клетки. Если
это так, то, для того чтобы клетка начала дифференцироваться, окажется
достаточным небольшое количество энергии или информации, расходующееся
лишь на то, чтобы вытолкнуть клетку из неглубокой ямки, представляющей
собой что-то вроде потенциальной ямы в терминах статистической физики
(рис. 11, б и 12).
Согласно предложенной модели, дифференцированное состояние, будучи более
вероятным, является более устойчивым по сравнению с менее
дифференцированным.
Говоря об устойчивости клетки, мы, естественно, подразумеваем не ее
большую или меньшую чувствительность к разного рода внешним воздействиям
или ее жизнеспособность, а способность сохранять свое типическое
состояние. Иными словами, устойчивость в нашем случае определяется
вероятностью перехода данной, клетки в какое-нибудь иное клеточное
состояние (переход в более дифференцированное или менее
дифференцированное состояние, трансформация в иной клеточный тип).
Принимая такое значение понятия "устойчивость" или "стабильность", мы
можем заключить, что чем больше дифференцирована клетка, тем более
устойчиво ее состояние, поскольку вероятность перехода в менее
дифференцированное состояние или в клетку другого типа по мере
дифференцировки уменьшается. На терминальной же стадии дифференцировки
клетка теряет также способность перехода в более дифференцированное
состояние. Иными словами, в фазе терминальной дифференцировки клетка
находится в наиболее устойчивом состоянии.
Поскольку в наших рассуждениях довольно часто упоминается степень
дифференцировки, следует найти хотя бы теоретический способ ее
определения. Найдя критерий для определения степени дифференцировки, мы,
кроме всего остального, получим возможность судить о природе стремления
клетки к наиболее дифференцированному состоянию.
В последнее время среди исследователей наиболее популярен биохимический
критерий. В определенном приближении мы также можем использовать в
качестве критерия число специфических продуктов, синтезируемых данной
клеткой. По-видимому, наиболее целесообразно использовать с этой целью
так называемые
72
роскошные синтезы, существенные не для жизнедеятельности клетки, а лишь
для выполняемой ею специфической функции [Holtzer, Abbot, 1968; Holtzer,
1970].
Однако следует помнить, что различные функции требуют разного числа типов
синтеза и, таким образом, биохимический критерий в его чистом виде может
привести к неточностям. В этом отношении предпочтительнее использовать
число роскошных функций клетки. Таковыми являются, например, сокращение,
клеточные движения, адсорбция кислорода, секреция и т. д. В некоторых
случаях, однако, эти понятия взаимозаменяемы.
Как мы видели, дифференцировка клеток сопровождается сокращением их
функциональных возможностей. В процессе дифференцировки клетка испытывает
функциональное упрощение и ограничение [Туманишвили, Саламатина, 1973;
Туманишвили, 1970; Bullough, 1967; Mintz, 1971; Dikson, Robertson, 1976].
Иногда прямо указывают на потерю клеткой информации в ходе ее
дифференцировки [Гамбург, 1972; Riley, 1973]. Возвращаясь к понятию
компетенции клетки, мы легко можем принять, что компетенция выражает
число функций, которые данная клетка потенциально могла бы выполнять по
мере надобности с более или менее высокой вероятностью. С этой точки
зрения сужение компетенции клетки соответствует утрате клеткой функций в
течение дифференцировки и представляет собой частный случай
функционального упрощения клетки.
На основании подобных рассуждений в свое время был предложен
количественный критерий цитодифференцировки [Туманишвили, Саламатина,
1973; Туманишвили, 1977], согласно которому степень дифференцировки
клетки может быть выражена как X = 1//, где % - степень дифференцировки
клетки, а / - число функций, либо выполняемых клеткой в данный момент,
либо которые она потенциально может выполнить с достаточно большой
вероятностью.
Таким образом, число функций вообще, а также компетенция и устойчивость
состояния клетки представляют собой важные критерии степени клеточной
дифференцировки.
Вернемся к нашей модели наклонной плоскости (см. рис. 11,6). Как видно из
схемы, клетка может находиться в полностью дифференцированном состоянии,
располагаясь на дне соответствующей лунки. В таком случае клетка
