Билет 19. Зона поляризующей активности и ее роль в развитии и регенерации конечности.

У заднего края почки конечности птиц есть небольшая группа клеток, которая была названа зоной поляризующей активности (ЗПА). При удалении ЗПА пальцы не закладываются. Если удалить ЗПА и пересадить ее на передний край почки конечности, то пальцы образуются в обратном порядке: на переднем крае оказывается четвертый палец, а на заднем - второй. Если на передний край почки пересадить дополнительную ЗПА, то образуется вдвое большее число пальцев.

Удвоение пальцев крыла - результат пересадки дополнительной ЗПА на передний край почки конечности.

I. При пересадке добавочной ЗПА на передний край почки конечности образуется крыло с зеркально удвоенными пальцами. II, III и IV - номера пальцев.

II. Модель действия диффундирующего морфогена, секретируемого тканью ЗПА:

А - нормальная конечность; Б - пересадка дополнительной ЗПА в переднюю область почки конечности изменяет градиент концентрации морфогена. В результате развиваются симметричные дополнительные пальцы.

 Клетки ЗПА выделяют морфоген, который при высокой концентрации индуцирует развитие 4-го пальца, при более низкой – 3-го, при еще более низкой – 2-го. № пальца определяется расстоянием до ближайшей ЗПА (на расстоянии от нуля до единицы формируется четвертый палец, от единицы до двух - третий и т. п.), а всего пальцев на конечности может быть не более шести (т.е. единица расстояния - одна шестая часть ширины почки конечности). Эта модель позволяет предсказывать результаты пересадки основной или дополнительной ЗПА на различные участки почки конечности.

Морфогеном является ретиноевая кислота. Если пластиковые бусинки, пропитанные ей, вживить на передний край почки, то это вызывает такое же удвоение пальцев, как при пересадке дополнительной ЗПА. РК проникает внутрь клеток и связывается с ядерными рецепторами - факторами транскрипции, которые включают Hox-гены, определяющие ход развития. Белок-рецептор появляется на определенных стадиях развития в основном в хрящевых клетках, которые реагируют на морфоген.

А – скелет регенерата передней конечности тритона Б – скелет регенерата передней конечности после обработки ретинол пальмитатом на 15 сутки регенерации В – регенерация конечности лягушки и дополнительных структур после обработки ретинол пальмитатом на 6-9 сутки регенерации

ЗПА маркирует ген Shh. Экспрессия Shh в регенерате передней конечности тритона Cynops pyrrhogaster (14 дней после ампутации):

Продукт гена Shh – белок sonic hedgehog – не диффундирует из ЗПА. Он действует двумя способами:

1) инициирует и поддерживает градиент некоторых белков, например, BMP2,7 – их действие специфицирует пальцы

2) регулирует эксперссию Hoxd-генов

У всех позвоночных с четырьмя конечностями естьShh. И у всех исследованных к настоящему времени животных этот ген активен в ткани ЗПА. ЕслиShh не включается как следует в течение восьмой недели развития, у эмбриона или формируются лишние пальцы, или большой палец и мизинец оказываются похожи.

     Один из эффектов гена Shh: делает пальцы одной конечности разными, отличными друг от друга. Как мы видели на примере опытов с ЗПА, какой именно палец разовьется, зависит от его близости к месту, где работаетShh.

Shh работает у всех позвоночных: от хрящевых рыб (акулы, скаты) до млекопитающих.