Математическая биология развития - Аладьев В.З.
Скачать (прямая ссылка):
находится в устойчивом, стабильном состоянии. Однако клетка может и не
достигнуть лунки, если на ее пути возникнет какое-либо препятствие. Ее
дифференцировка не будет завершена. Такое состояние клетки будет мета-
стабильным. Последнее теоретически возможно (см. рис. 12). Ясно, что
вывести клетку из метастабильного состояния и побудить ее к дальнейшей
дифференцировке значительно легче, чем перевести клетку из стабильного в
какое-нибудь иное состояние. Логически любой неспецифический стимул
определенной величины должен оказаться достаточным для выведения клетки
из метастабильного состояния, так же как это было в случае вступления в
диф-
73
ференцировку идеальной зародышевой клетки. Вместе с тем, согласно
приведенной модели, каждая клетка может перейти из любого устойчивого
состояния в любое другое устойчивое состояние, хотя вероятность такого
перехода в обычных условиях чрезвычайно мала. Для такого перехода на
клетку должен подействовать импульс, равный по величине высоте наклонной
плоскости, вследствие чего клетка вернется в состояние идеальной
эмбриональной клетки (см. рис. 12). Будучи полностью
эмбрионализированной, клетка с равной вероятностью может перейти в любой
другой клеточный тип.
Наряду с этим клетка может быть переведена в метастабильное (в своего
рода промежуточное) состояние, из которого она не может перейти в любой
другой клеточный тип без дополнительного стимула. Устойчивость такого
состояния может быть разной: чем больше будет приближаться клетка к
идеальной зародышевой клетке, тем менее стабильным будет ее состояние. Из
модели видно, что вероятность возвращения клетки в исходное
дифференцированное состояние значительно выше вероятности ее перехода в
какой-либо иной клеточный тип.
Следует иметь в виду, что превращение клеток из одного типа в другой
имеет место в действительности. Хотя их вероятность невелика, но тем не
менее в определенных условиях они все же наблюдаются. Из рассматриваемой
нами модели следует, что для превращения из одного типа в другой не
всегда необходима полная эмбрионализация клетки. Иногда достаточен ее
выход из лунки до места ветвления клеточного пути (см. рис. 10, в и 11,
б). Очевидно, вероятность трансформации клетки будет обратно
пропорциональна высоте уровня ветвления.
Рассматриваемая нами модель подразумевает, что в основе инициации
дифференцировки и де- редифференцировки клеток лежит один и тот же
механизм. Запуск дифференцировки лишь количественно, но не качественно
отличается от двух остальных упомянутых явлений. Для последних требуются
стимулы значительно большей величины, чем для вступления в
дифференцировку идеальной зародышевой клетки. Однако подобных
неспецифических стимулов недостаточно для осуществления дифференцировки.
Для этого требуются стимулы другого рода, действующие во всех местах
расхождения клеточных путей и тем самым определяющие направление
дифференцировки. В целом предложенная модель близка к эпигенетическому
ландшафту Уоддингтона [1946], предложенного им для развития организма в
целом.
УНИДИФФЕРОННАЯ ГИПОТЕЗА ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ КЛЕТОК
Теория, изложенная в предыдущем разделе, предполагает, что
дифференцировка клеток протекает во многих направлениях и подразумевает
существование многих дифферонов (клеточных путей).
В данном случае легко предположить, что клетки, принадлежащие к различным
клеточным типам, а следовательно, и к клеточ-
74
ным путям, достигшие терминальной фазы дифферейцировки, дифференцированы
в равной степени. Таким образом, рассмотренная выше модель подразумевает,
что клетки могут отличаться друг от друга по степени дифференцировки лишь
в пределах одного дифферона. Вернее, рассматривать степень
дифференцировки клеток имеет смысл лишь в пределах одного клеточного
пути.
Однако приведенная теория наталкивается на серьезное затруднение, когда
дело доходит до способа выбора пути клеткой. Теоретически отнюдь не легко
представить себе, каким образом клетка выбирает клеточный путь, т. е.
направление дифференцировки, поскольку, очевидно, что подобный выбор
происходит не случайно.
Возможно, упомянутое затруднение можно преодолеть, если несколько
видоизменить описанную выше модель. Мы можем предположить, что клеточный
тип полностью зависит от степени дифференцировки клетки, а все клетки
дифференцируются лишь в одном направлении, идя по одному клеточному пути,
или дифферону. Следовательно, согласно этой гипотезе, существует лишь
один клеточный путь (дифферон), вследствие чего она может быть названа
унидифферонной, тогда как предыдущая гипотеза является полидифферонной
[Туманишвили, Саламатина, 1973; Туманишвили, 1977].
Унидифферонная гипотеза может быть представлена в виде модели,
изображенной на рис. 13. Последняя является несколько видоизмененной
моделью наклонной плоскости, изображенной на рис. 12. Клетка изображена в
виде шарика, катящегося по этой плоскости. Если крутизна наклона
плоскости достаточна велика, шарик будет перескакивать через лунки,
