Билет 9. Теория позиционной информации. Понятие о позиционных значениях. Роль внеклеточного матрикса.

Особый интерес представляют морфогены, т. е. такие сигнальные молекулы, позиционная информация которых обусловлена градиентами их распределения в пространстве. Так, у планарии скорость регенерации головы заметно выше на переднем конце тела по сравнению со скоростью развития головы при регенерации более каудально расположенной области. Восстановление головы на переднем разрезе объяснялось наличием переднезаднего градиента фактора регенерации головы, а хвостовых структур на заднем срезе – наличием заднепереднего градиента фактора регенерации хвоста. В пользу этой точки зрения приводили данные о том, что очень тонкий поперечный кусочек планарии, вырезанный в передней части тела, не способен регенерировать задний конец и

образует две головы, расположенные спереди и сзади.

 

Представление о градиентах морфогенов положено в основу теории позиционной информации Л. Вольперта. Различия дифференциации вдоль какой-нибудь оси обусловлены, по Вольперту, существованием градиента морфогена. Первым шагом на пути образования градиента служит возникновение его границ, которое обусловлено появлением источника морфогена, т.е. области синтеза или активации

морфогена, и " слива " - области, где морфоген разрушается или инактивируется. От «источника» к «сливу» морфоген распространяется путем диффузии. Градиент морфогена (М) создает позиционную информацию. Расположенные в области градиента клетки воспринимают концентрацию М как позиционное значение, т. е. как координату данной точки тела. По Вольперту, в основе детерминации судьбы клеток, как при нормальном развитии, так и при регенерации, лежит интерпретация клеткой ее позиционного значения.

Свою идею Вольперт представил в виде модели французского флага. На

рисунке видно, что признак «синий цвет» определяется максимальными концентрациями морфогена, лежащими в пределах концентраций c и d. Признак «белый цвет» развивается при наличии морфогена в концентрациях от b до c. Признак «красный цвет» возникает в той части градиента, где концентрация морфогена лежит в пределах между величинами a и b.

 

Носителем позиционной информации является ВКМ. Дает информацию о том, где находится клетка и что ей нужно делать.

Роль ВКМ:

Ø адгезия клеток, их миграция и образование эпителиальных слоев и валиков

Ø задает направление движения клеток или является сигналом для осуществления

элементарных актов развития

 

ВКМ, эксперимент на медузе Podocoryne cames:

обрезали верхушку медузы →   нет диф-ки без изменения свойств ВКМ

↓

изменили св-ва ВКМ → дедиф-ка кл. в ампутанте, диф-ка всех типов кл. → вырастает медуза

Металлопротеиназы – ферменты, способные преобразовывать компоненты ВКМ, регулируют его качественный состав. Кодируют гены HMP (hydra metal proteinase), HMMP, FARM. HMP экспрессируется при рег. гол. части гидры, FARM активен в обл. подошвы. В коже человека работу металлопротеиназ подавляет Uv -свет.      

Гидры: Uv -свет → экспр. DickKopf → ↓Wnt → утрата апикальной значимости участка → позиционная информация в организме.

Позиционную информацию для клеток несет морфоген ретиноевая кислота. Оказывает проксимализующий эффект на развитие конечности амфибий, может иметь вентрализующий эффект.  

Билет 10. Представление о физиологических градиентах и их роль в регуляции регенерационных морфогенезов. Модель А.Тьюринга.

Клетки развивающегося многоклеточного организма могут влиять на судьбу других соседних клеток, секретируя во внеклеточное пространство растворимые паракринные молекулы, убывающие от своего источника по градиенту концентрации – морфогены. Морфогены – биологически активные молекулы, определяющие поведение (реакцию, судьбу) клеток, их воспринимающих, в зависимости от дозы (концентрации) морфогена в данной области зародыша. Концепция морфогенных градиентов используется для моделирования развития.

Схема гипотетического градиента морфогена, источником которого является зона поляризующей активности (ЗПА):

 

Почка конечности

Бластема лягушки

Ген Shh маркирует ЗПА, которая у амфибий определяет хвост.

 

Ретиноевая кислота – морфоген, несет позиционную информацию для клеток; в области высоких концентраций градиент оказывет проксимализующий эффект или получение зеркально-симметричной структуры конечности из 1-го зачатка (у Амф.).

Модель градиента веществ Вольперта (модель французского флага):

∑ пространственное расположение концентраций иррадиирующих морфогенов.

Более древней памятью обладает организменный, а не локальный градиент.

Градиент морфогенов определяет размер пятен на крыльях бабочек, работает при морфогенезе гидр: экспрессия гена Tc-f имеет градиент, по которому регулируется активность генов Wnt, Hox. Градиент белкового продукта гена стимулирует образование головного отдела гидры.

Двуморфогенная модель. Градиент близкодействующего активатора и ингибитора. Автокатализ.

Пример: на уровне аутопода появляются области множественного охрящевения.