Современные представления об индукционном процессе

После опытов П.Ньюкупа стало известно, что вегетативные бластомеры в норме и эксперименте вызывают мезодермализацию граничащих с ними клеток анимальной части зародыша - проспективной эктомезодермы. Ньюкуповский центр организации Расположен в наиболее дорзальных бластомерах вегетативной части зародыша Xenopus. В клетках презумптивной мезодермы клетки Ньюкуповского центра вызывают экспрессию гена Brachyury (Xbra). Протеин Xbra активирует гены, контролирующие специфические протеины мезодермы. Наиболее вероятный фактор воздействия вегетативных клеток на анимальные - бета-катенин, накопление которого начинается в дорзальной части яйцеклетки во время поворота оплодотворения и продолжается в течение всего дробле­ния. Сначала его трансляция и накопление охватывают зоны обо­их организаторов, но в течение последнего цикла дробления он локализуется в зоне ньюкуповского центра. Сначала бета-катенин синтезируется во всем зародыше. Главную роль в его распределе­нии играет гликогенсинтазакиназа (Gsk-3), под влиянием кото­рой бета-катенин деградирует. Но в области будущей дорзальной губы бластопора в кортикальном слое цитоплазмы яйцеклетки располагается белок Dsh (Dishevelled), являющийся супрессором Gsk-З. При вхождении сперматозоида в яйцеклетку с противопо­ложной стороны из кортикальной цитоплазмы выходит Dsh, про­никая в более глубокие слои цитоплазмы. Он располагается вдоль микротубулярных лучей, создавая градиент понижающейся кон­центрации. Такое распределение Dsh повышает градиент бета-катенина из глубоких слоев цитоплазмы кнаружи пропорционально угнетению его супрессора Gsk-З. Дорзовентральная плоскость за­родыша устанавливается по градиенту распределения бета-катенина. Там он захватывает район ньюкуповского и шпемановского центров организации. В течение последнего деления дробления бета-катенин специфически располагается в ньюкуповском центре. Ньюкуповский центр остается в энтодерме, а шпемановский — в будущей хордомезодерме. Важнейшая роль в придании шпемановскому организатору присущих ему свойств принадлежит гену goosecoid. Белковый продукт гена goosecoid необходим для актива­ции множества генов в шпемановском организаторе. Организую­щее влияние ньюкуповского центра осуществляется через его ак­тивацию. В активации goosecoid важная, хотя и не исчерпываю­щая, роль принадлежит гену ньюкуповского центра saimois. Этот ген активируется комбинацией бета-катенина как фактора транс­крипции с имеющимся фактором Tef-3. Tef-3 самостоятельно ингибирует ген saimois, но в комбинации с бета-катенином активи­рует его. Активация происходит на стадии средней бластулы. Од­нако для создания шпемановского организатора одного гена saimois недостаточно.

Исследования показали, что максимальная экспрессия goosecojo наблюдается при совместном действии белков Vg I, Veg Т семей­ства Tgf-b и белков Nodal. Главная роль здесь принадлежит белкам Nodal. Их направленное ингибирование приводит к утрате индукции первичного организатора ньюкуповским организатором. В течение поздней бластулы эти белки экспрессируются в дорзовентральном градиенте. Шпемановский организатор возникает в зоне максимальной концентрации этих белков. Полная активация goosecoid достигается путем совместного действия белков saimois с белками надсемейства Tgf-6.

Район экспрессии гена goosecoid практически совпадает с тер­риторией, занимаемой первичным организатором Шпемана. Ген goosecoid выступает как регулятор других генов организатора, таких, например, как noggin, chordin, nodal, follistatin. Все они являются антагонистами факторов, вентрализующих мезодерму и направляющих превращение эктодермы в эпидермис.

Ген noggin — первый ген, экспрессирующийся в дорзальной губе бластопора. В шпемановском организаторе он дорзализирует мезодерму, препятствуя ее вентрализации, ингибируя белок ВМР4. Ген chordin экспрессируется в хорде и также выступает как фактор, препятствующий вентрализации. Экспрессия в клетках хорды noggin связана с индукцией нервной системы.

Итак, шпемановский организатор, возникнув, выполняет свои основные функции: дорзализирует мезодерму, инициирует дви­жения гаструляции и превращает эктодерму в нейроэктодерму (нервную пластинку).

В 1994 г. была предложена модель «дефолт нейруляции» (А. Неmati-Brivahlon). Согласно этой модели проэктодерма вне индуцирующих воздействий организатора превращается в нервную ткань. Индукция проэктодермы происходит на ранних стадиях развития и осуществляется белками ВМР4 в направлении ее развития в эпидермис. Таким образом, индукция нервной системы состоите препятствии эпидермальной индукции как на ранних стадиях раз­вития, так и в полной мере на поздних, где она осуществляется уже шпемановским центром.

Эмбриональная индукция есть у всех хордовых, но в нисходя­щем ряду обнаруживаются особенности взаимодействия индукто­ра и клеток реагирующей ткани. У всех позвоночных отношения между индуктором и реагирующей тканью сходны с таковыми у амфибий. У всех имеются функциональные гомологи бластопора, но морфологически модифицированные. Различия касаются взаи­морасположения презумптивных закладок в связи со строением яйцеклетки, типом дробления и гаструляции.

В общих чертах можно проследить становление организацион­но-индукционного способа развития от мозаичного у беспозво­ночных до регуляционного у позвоночных.

У большинства беспозвоночных независимое развитие закла­док определяется ранней сегрегацией морфогенов. У асцидий де­терминация закладок, как и следует ожидать, в мозаичном разви­тии наступает еще в период дробления. На стадии 8 бластомеров материал хордомезодермы и нервной пластинки располагается главным образом в дорзовегетативных бластомерах, но неболь­шая часть материала нервной закладки сосредоточена в дорзоанимальных бластомерах. При повороте анимальных бластомеров на 180° передняя часть мозга не закладывается. Это показывает, что компетентный материал точно обозначен по мозаичному типу, но для реализации этой компетенции необходимо воздействие индуктора.

У ланцетника презумптивная нейроэктодерма при развитии в границах температурного оптимума способна к самодифференцировке. При отклонениях температуры от оптимальной для нормального развития необходима «страховка» со стороны индуктора.

В филогенезе позвоночных с увеличением числа клеток в раннем зародыше хотя и имеется химическая «разметка» презумптивных территорий, но она одна не в состоянии обеспечить нормальное развитие. Подобно закладкам мозаиков, у них самодостаточен только материал шпемановского организатора. Его воздействие управляет развитие, при этом «предразметка» по мозаичному типу хотя и недостаточна, но существует и небезразлична для взаимо­действия индуктора и реагирующей части.

Дата добавления: 2014-01-15