Дегенерация путем гибели клеток.

Примеры:

· При формировании пальцев конечностей у позвоночных;

· Резорбция хвоста у амфибий;

· Резорбции мюллеровых протоков у самцов позвоночных.

 

КЛЕТОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ, ЛЕЖАЩИЕ В ОСНОВЕ ОРГАНОГЕНЕЗОВ

Это те же процессы, которые лежали в основе гаструляции и нейруляции: поляризация, сокращение, миграции клеток, но к ним добавляются еще размножение и апоптоз.

1. Поляризация и сокращение клеток. К уже сказанному выше необходимо добавить следующее. Почти все органы и структуры позвоночных (кроме элементов скелета и кровеносных сосудов) формируются из участков столбчатого эпителия, т.е. органогенезы начинаются с эпителизации и поляризации.

Эпителизация и усиление контактов между клетками связаны с синтезом в данных клетках молекул клеточной адгезии – САМ (c ell a dhesion m olecules) По химическому составу это гликопротеины. Обнаружены гены различных САМ для разных типов клеток. Например, у амфибий и птиц:

· N -САМ – у нейроэпителиальных клеток (neural);

·   L - САМ – у клеток печени (liver), но присутствуют и в других типах клеток;

· Ng - САМ – у клеток нейроглии (контакты между нейронами и глиальными клетками).

САМ млекопитающих – кадгерины:

· E-кадгерин – появляется на стадии зиготы;

· Р-кадгерин – отвечает за имплантацию бластулы;

· N-кадгерин – появляется в клетках нейроэктодермы, которые предварительно утрачивают Е-кадгерин.

NB! В присутствии САМ происходит эпителизация, клетки тесно связаны друг с другом;

 в отсутствие САМ – «мезенхимизация», образование рыхлой ткани, становятся возможны миграции клеток.

В процессе развития зародыша наличие и распределение САМ резко меняются. Например, у куриного зародыша

· до начала гаструляции   N -САМ и L - САМ равномерно распределены по всему зародышу;

· когда начинается миграция будущих МД клеток через первичную полоску внутрь зародыша, на их поверхности САМ отсутствуют;

· затем на поверхности клеток презумптивной (будущей) нервной системы и осевых органов обнаруживаются исключительно N -САМ, а на клетках будущей покровной ЭКТД и ЭНТД – исключительно L - САМ.

Формы клеточных пластов (например, изгибы) тесно связаны с сокращениями поляризованных клеток. Эти процессы не требуют особых факторов. Направление изгиба заранее и однозначно задано ориентацией поляризованных клеток, а последняя тем, какая поверхность клетки (внешняя или внутренняя) сократилась. Например, в поляризованных участках ЭКТД (нейроэпителий, плакоды органов чувств) обычно сокращается наружная поверхность, отчего происходит впячивание пласта.

Но после завершения этого процесса исходно наружная поверхность оказывается внутри, следовательно, ее дальнейшие сокращения образуют выпячивания наружу. Так происходит после завершения нейруляции (нервная трубка образуется впячиванием поверхности нервной пластинки внутрь, а формирование мозговых и глазных пузырей происходит путем выпячивания той же поверхности).

2. Размножение клеток. Это обязательная предпосылка органогенезов, но почти никогда не участвует в определении формы. Самые важные процессы происходят при минимальной митотической активности.

3. Апоптоз. Это генетически запрограммированная гибель клеток. Процессы апоптоза в формообразовании играют подчиненную, хотя и важную роль. Они лишь «дорисовывают» заранее намеченные формы.

Примеры:

· разъединение пальцевых фаланг у птиц и млекопитающих происходит путем гибели межфаланговых клеток уже после того, как сформировались хрящи фаланг и покровный эпителий соответствующим образом разделился.

· У известковых губок на очень ранней стадии (около 50 клеток) выделяются четыре очень крупные, симметрично расположенные клетки – так называемые «клетки креста». Казалось, они должны были иметь большое значение для дальнейшего развития зародыша, но на самом деле они скоро погибают и распадаются. Возможно, оставшиеся клетки получают от них специфический сигнал, который побуждает их к дальнейшему развитию.

Апоптоз регулируется многими факторами, в том числе гормонами и позиционной информацией (см. в след лекц.).

4. Направленные миграции клеток и клеточных групп. Это один из важнейших формообразовательных процессов. На ранних стадиях развития активно мигрируют клетки МД. На более поздних – самыми активными мигрантами являются клетки нервного гребня.

По поводу факторов определяющих направление миграции, существует три гипотезы.

А. Хемотаксическая

Предполагается, что клетки «ощущают» градиенты концентрации некоторых веществ и растут (ползут) в направлении повышения их концентрации. Экспериментально подтверждена лишь для некоторых видов клеток позвоночных (макрофагов, пигментных клеток) и, особенно, для низших организмов (миксомицетов, которых ботаники называют акразиевыми грибами). Миксомицеты имеют две фазы в развитии: одиночные амебы и плазмодии. Образование плазмодия – результат выделения некоторыми особями 3–^’5^’ цАМФ (циклической адонозинмонофосфорной кислоты). Движение происходит по повышению градиента этого вещества.

Маловероятно, чтобы этот механизм лежал в основе органогенезов Metazoa, т.к. в гетерогенном организме зародыша сложно предположить возникновение и длительное поддержание градиентов специфических веществ.

Гальванотропическая

Считается, что клетки ориентируются по электрическому полю. Например, аксоны нервных клеток растут к катоду. Клетки нервного гребня, миобласты, эндотелиальные чаще всего становятся боком к вектору поля и начинают двигаться к какому-нибудь полюсу, чаще к катоду.

Контактно-механическая

Предполагает, что миграции клеток определяются механическими натяжениями и неоднородностями субстратов.

А. В конце 20-х годов ХХ века П. Вейс открыл явление контактной ориентировки (или контактного ведения). Суть: клетки, высаженные на натянутую каплю кровяной плазмы ориентируются и движутся вдоль линий механического натяжения (т.е. фактор механического натяжения, начав действовать в период гаструляции, продолжает свое действие и в период органогенезов)

 

Фибробласты

 

 

натянутый субстрат                                                                           ненатянутый субстрат

       

Б. Большую роль играет также микроскопическая структура субстрата: наличие в нем пучков, мицелл или бороздок. Например, клетки, высаженные на рыбью чешую, будут двигаться вдоль ее структур, на неструктурированной поверхности расположатся беспорядочно.

 

В. Доказано, что на миграции клеток оказывает влияние структура внеклеточного матрикса.

Например, коллаген II типа, связанный с нейральными пластами, задерживает на себе клетки нервного гребня и способствует образованию в этих местах хрящей черепа, слуховой и обонятельной капсул и висцерального скелета. Напротив, ламинин (входит в состав базальных мембран) и фибронектин стимулируют движения клеток нервного гребня, и они не задерживаются в местах скопления этих белков.

Г. Немалую роль в ориентации клеток играет кривизна субстрата. Общее правило: клетки избегают слишком большой кривизны субстрата и не образуют скоплений в таких местах.