Математическая биология развития - Аладьев В.З.
Скачать (прямая ссылка):
расположенные на его пути. В этом случае клетка, не встретив на своем
пути препятствия, достигнет максимальной степени дифференцировки.
Сформулированная ранее рабочая гипотеза предполагает, что максимально
дифференцированной клеткой является нейрон [Туманишвили, Саламатина,
1973; Туманишвили, 1977]. Как и полидифферонная модель, унидифферонная
гипотеза подразумевает, что клетка, расположенная в лунке, находится в
относительно устойчивом состоянии, в то время как вне лунки она находится
в метастабильном состоянии. Таким образом, клеточный тип зависит от
степени дифференцировки соответствующей клетки; фактор дифференцировки
лишь определяет, на каком уровне дифференцировки остановится клетка или,
иначе говоря, в какую из лунок попадет клетка.
Согласно унидифферонной гипотезе, все дифференцирующие факторы
ограничивают цитодифференцировку. Ограничение может произойти в разных
местах клеточного пути. Заслонки, помещенные после лунок, соответствуют
дифференцирующим факторам, каковыми являются гормоны, специфические
индукторы и пр. Направление дифференцировки определяется факторами
подобного рода. Факторы, действующие на клетку перед лункой, препятствуют
дифференцировке (см. рис. 13). Заслонка, помещенная внутри лунки,
соответствует явлению латентной дифференцировки, или
75
Рис. 13. Унидифферонная модель дифференцировки клеток С - идеальная
зародышевая клетка; Сг, С, и С" - клетки, дифференцированные в разной
степени и, следовательно, принадлежащие к разным клеточным типам; С, -
клетка, остановленная перед лункой, занятой внастоящее время клеткой С2,
фактором (заслонкой) а
Рис. 14. Схема различных путей остановки дифференцировки клеток
А - клетка С, детерминированная или коммитированная, ее дифференцировка
приостановлена фактором а; Б: Cs - стволовая клетка, остановившаяся у
верхнего края лунки, в которой расположен добавочный клеточный путь
(субдифферон). Клетка Cs упадет в одну из добавочных лунок, как только
будет удалена заслонка at, и превратится в клетку типа Ct, С2 и С3.
Конечное положение клетки С5 определяется факторами аг и аа
детерминации (рис. 14,а). Можно допустить, что разница в действии
факторов дифференцировки может зависеть от количества одного и того же
вещества.
Нечто подобное целому клеточному пути можно предположить для стволовых
клеток (см. рис. 14, б). В этом случае соответствующая лунка может быть
представлена в виде короткого дифферона (добавочный дифферон, или
субдифферон). Субдифферон подчиняется тем же закономерностям, что и
основной дифферон. Так же как в последнем, в субдиффероне каждая лунка
соответствует одному из клеточных типов, составляющих компетенцию данной
стволовой клетки. Для предложенной модели следует допустить, что
расположение и число лунок генетически запрограммированы.
Определенным теоретическим премуществом унидифферонной гипотезы является
простота решения проблемы выбора направления дифференцировки. Вне всякого
сомнения, число клеток каждого типа для данного вида организма - величина
характеристическая и постоянная. Поскольку размеры особей, принадлежащих
к данному виду, колеблются в определенных пределах, то постоянство числа
клеток не абсолютно.
Очевидно, чем ближе число клеток любого данного типа к конечной величине,
тем меньше вероятность дифференцировки в них недифференцированных клеток.
Поскольку, согласно унидифферонной гипотезе, клетка стремится занять
положение, соответ ствующее максимальной дифференцировке, что
соответствует полному отсутствию препятствий на клеточном пути, то
направление
76
дифференцировки оказывается автоматически избранным. При достижении
определенного критического числа клеток данного типа на дифференцировку в
них недифференцированных клеток накладывается запрет и клетки образуют
другой клеточный тип, следующий на степени дифференцировки за
максимальным и т. д. Один из реальных механизмов упомянутого запрета
подтверждает целый ряд опытов Роуза и его последователей, на основании
которых была создана теория самоторможения (Self-inhibition)
дифференцировки, обусловленного веществами, специфическим образом
тормозящими дифференцировку [Rose, 1955, 1958; Lenic-que, 1959;
Braverman, 1961; Dial, 1961; Katoh, 1961].
По-видимому, следует допустить, что наряду с самозапрещаю-щим механизмом
действует и другой. Примером этого являются ранние стадии зародышевого
развития, когда зародыш имеет пространственную организацию,.
обусловленную неравномерным распределением тех или иных веществ в яйце.
Как известно, зародыш на ранних стадиях разделен на относительно
обособленные области, четко отделенные (например, анимальный полюс от
вегетативного) и в силу этого слабо влияющие друг на друга [Niew-koop,
1973]. В таких условиях определенные клеточные группы могут
дифференцироваться практически независимо одна от другой. Если допустить,
что в одной из частей зародышей скапливаются вещества, могущие
препятствовать дифференцировке, то максимальные уровни дифференцировки
