Миграция инволюирующей мезодермы

Миграция клеток-предшественников мезодермы внутрь зародыша является частью удивительно хорошо координированной серии глобальных клеточных миграций. Подробная схема этих движений приведена на рис. 4.25. Один из наиболее важных аспектов гаструляции у амфибий это схождение к центру (конвергенция) и удлинение (растяжение) инволюирующей краевой зоны (ИКЗ), которая представляет собой область, расположенную непосредственно над губой бластопора. В поверхностном слое этой зоны (ИКЗ_П0В) находится материал энтодермальной крыши архентерона, а ее глубокий слой (ИКЗ_ГЛ) содержит проспективные мезодермальные клетки (в том числе клетки хорды).

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. I: Пер. с англ. — М.: Мир, 1993. — 228 с.

_______________ ГАСТРУЛЯЦИЯ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК 127

Рис. 4.24. Интегрированная модель клеточных движений в период гаструляции. А. Ранняя гаструла характеризуется интердигитацией слоев глубоких клеток краевой зоны и их инволюцией. Б. В. Зародыши на более поздних стадиях гаструляции. Глубокие краевые клетки уплощаются, а бывшие поверхностные клетки краевой зоны образуют стенку архентерона (гастроцеля). Колбовидные клетки выделены частыми точками. (По Keller. 1981.)

Во время гаструляции клетки анимальной чашии неинволюирующей краевой зоны распространяются путем эпиболии, покрывая весь зародыш. Дорсальная часть неинволюировавших краевых клеток расширяется быстрее, чем вентральная, заставляя губы бластопора двигаться в вентральном направлении. Клетки из этих двух зон будут формировать эктодерму зародыша. Глубокая инволюирующая краевая зона представляет собой кольцо клеток, из которых образуются хорда, головная мезодерма, мезодерма сомитов и боковых пластинок. Во время гаструляции это кольцо инволюирует через губы бластопора, формируя мезодермальную мантию. Клетки-предшественники головной мезодермы, боковой и брюшной мезодермы распространяются во всю ширину зародыша, тогда как материал хорды и сомитов конвергирует в дорсальном направлении, образуя дорсальные осевые структуры. Клетки поверхностной инволюирующей краевой зоны также претерпевают конвергентное растяжение формируя энтодермальные ткани крыши архентерона. Суббластопоральная энтодерма покрывается обрастающими ее клетками неинволюирующей краевой зоны и образует дно архентерона (Keller, I986).

В процессе конвергентного растяжения ИКЗ_ГЛ ее клетки сами перестраиваются, вставляясь между прилежащими к ним клетками и создавая тем самым тонкое удлиненное образование вместо первоначально широкой маленькой полоски клеток (рис. 4.26). Мы уже обсуждали сходный феномен при описании гаструляции у морского ежа, включающий в себя растяжение архентерона. Из многочисленных рядов клеток путем интеркаляции образуется меньшее число более длинных рядов клеток. Конвергентное растяжение мезодермы является, по-видимому, автономным, потому что движения клеток наблюдаются даже в том случае, когда они изолированы из остальной части зародыша (Keller, 1986).

Как инволюирующие клетки узнают, куда им надо двигаться сразу же после попадания внутрь зародыша? Имеются ли на внутренней поверхности крыши бластоцеля некие молекулы, облегчающие миграцию клеток? По-видимому, инволюирующие клетки-предшественники мезодермы мигрируют к анимальному полюсу по фибронектиновой сети, секретируемой клетками крыши бластоцеля. У амфибий незадолго до начала гаструляции презумптивная эктодерма крыши бластоцеля секретирует внеклеточный матрикс, который содержит волокна фибронектина (Boucaut et al., 1984; Nakatsuji et al., 1985) (рис. 4.27). Подобно инвагинирующей мезенхиме морского ежа, инволюирующая мезодерма перемещается по этим фибронектиновым волокнам. Это предположение было подтверждено фактом, что химически синтезированный «поддельный» фибронектин может конкурировать с фибронектином внекле-

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. I: Пер. с англ. — М.: Мир, 1993. — 228 с.

ГЛАВА 4

Рис. 4 25. Карты презумптивных зачатков у зародыша шпорцевой лягушки на стадии ранней гаструлы и движения клеточных пластов в период гаструляции каждой из четырех областей, показанных схематически на рисунке слева и представленных по отдельности на рисунках в центре, на которых ранняя гаструла дана как бы в разобранном виде: на рисунках справа эти зачатки спроецированы на конец гаструляции. В течение гаструляции апикальная анимальная шапочка распространяется равномерно по всем направлениям в сторону вегетативного полюса, тогда как клетки неинволюирующей краевой зоны сначала мигрируют вдоль будущей спинной стороны зародыша. Все вместе они ôyдут окружать зародыш, превратившись, в эктодерму. Глубокие клетки инволюирующей краевой зоны (ИКЗГЛ) исходно представляют собой кольцо внутренних, расположенных по экватору клеток, содержащее клетки-предшественники хорды, головной и сомитной мезодермы и мезодермы боковых пластинок (на рисунке ИK3ГЛ изображена над ИКЗПОВ). В ходe инволюции это кольцо вворачивается внутрь, oбpaзуя мезодермальную мантию, в которой клетки-предшественники хорды расположены наиболее дорсально. Поверхностные клетки инволюирующей краевой зоны (ИКЗПОВ изображена в виде отдельного кольца под ИКЗГл) представляют собой будущие супрабластопоральные (лежащие над бластопором) энтодермальные клетки (материал прехордальной пластинки): краевая зона удлиняется в дорсальном направлении, образуя крышу архентерона (гастроцеля). Суббластопоральную (лежащую под бластопором) энтодерму в конечном счете окружают клетки неинволюирующей краевой зоны. Эти богатые желтком клетки образуют дно гастроцеля. Обратите внимание, что бластопор, закладывающийся первоначально на спинной стороне, сдвигается на брюшную сторону зародыша. (По Keller, 1986.)

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. I: Пер. с англ. — М.: Мир, 1993. — 228 с.

________________ ГАСТРУЛЯЦИЯ: ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК 129

Рис. 4.26. Перераспределение клеток в процессе конвергентного растяжения мезодермы у зародыша шпорцевой лягушки. А Дорсальная область ИКЗГЛ (которая образует хорду) взята от зародыша, меченного частицами флуоресцирующего декстрана, и пересажена немеченому зародышу. К. После приживления меченые клетки (светлые) остаются на месте не рассеиваясь. В. Когда этиклетки участвуют в образовании хорды, они перемешиваются с клетками хозяина. Г. Перемещение отдельных меченых клеток при формировании хорды, прослеженное с помощью видеомагнитофонной записи in vitro. (По Keller et al.. 1985; Keller. 1986; фотографии с любезного разрешения R. E. Keller.)

точного матрикса. Клетки связываются с определенным участком белка фибронектина. который содержит специфическую последовательность из 10 аминокислот:

Aрг-Гли-Асп-Сер-Про-Ала-Сер-Сер-Лиз-Про.

Буко и др. (Boucaut et al.. 1984) инъецировали большие количества этого декапептида в бластоцель зародыша тритона вскоре после начала гаструляции. Если фибронектин имеет существенное значение для миграции клеток, то клетки, связанные этим растворенным фрагментом пептида, а не фибронектиновым матриксом, должны будут остановиться. Не-

Рис. 4.27, Фибронектиновые фибриллы у зародыша тритона на стадии гаструлы, визуализированные с помощью флуоресцирующих антител к фибронектину. Иммунофлуоресценция выявляет фибриллярную сеть на базальной поверхности эктодермальных клеток, выстилающих крышу бластоцеля. (Из Boucaut et al.. 1985: фотография с любезного разрешения J.-C. Boucaut.)

способные найти свой путь мезодермальные клетки должны прекратить инволюцию. Именно это и произошло в опыте Буко (рис. 4.28). На внутренней стороне эктодермы не было видно мигрирующих клеток. Вместо этого клетки-предшественники мезодермы оставались на поверхности зародыша, образуя клеточную массу, свернутую в виде спирали. Другие синтетические декапептиды (в том числе другие фрагменты молекулы фибронектина) не препятствовали миграции. Сходные фибронектинсодержащие волокна были обнаружены в гаструле других хвостатых амфибий, а Деларю и его коллеги (Delàrue et al., 1985) показали, что некоторые нежизнеспособные гибриды между двумя видами жаб (бесхвостых амфибий) погибают во время гаструляции, потому что они не секретируют фибрилл фибронектина. Следовательно, можно полагать, что путь миграции мезодермальных клеток у зародышей амфибий выстлан фибронектином.

Эпиболия эктодермы

В то время как в области губ бластопора осуществляется инволюция, клетки-предшественники эктодермы распространяются по поверхности всего зародыша. Келлер (Keller? 1980) и Келлер и Шёнвольф (Keller, Schoenwolf, 1977) наблюдали изменения поверхностных и глубоких клеток в анимальной и краевой областях зародыша с помощью сканирующего электронного микроскопа. Основной механизм эпиболии у Xenopus laevis заключается, по-видимому, в увеличении числа клеток (посредством делений) и в одновременной интеграции нескольких слоев глубоких клеток в один (рис. 4.29). В результате трех циклов клеточных делений на стадии ранней гаструлы число глубоких клеток в анимальном полу-

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. I: Пер. с англ. — М.: Мир, 1993. — 228 с.

ГЛАВА 4

Рис. 4.28. Зародыши тритона, гаструлирующие нормально (А. Б). и аномально гаструлирующие зародыши, которым в бластоцель были инъецированы растворы фибронектиновых фрагментов, связывающихся с инволюирующими клетками (В.Г.) Нормальным зародышам был инъецирован контрольный раствор без фибронектина. (Фотографии получены с помощью сканирующего электронного микроскопа.) A. Разрез зародыша на стадии средней гаструлы. Б. Общий вид зародыша на стадии желточной пробки (близко к концу гаструляции). В.Общий вид зародыша на конечной стадии «арестованной» (остановленной) гаструлы. Г. Разрез через такую аномальную гаструлу: у этих зародышей клетки-предшественники мезодермы, будучи связаны с синтетическим фибронектином, не могут найти нормальный выстланный фибронектином путь, по которому они должны мигрировать. Архентерон отсутствует, потому что неинволюировавшие клетки презумптивной мезодермы остались на поверхности. 1 - архентерон; 2 - бластопор: 3 - бластоцель: 4 - желточная пробка; 5 - мезодерма: 6 - эктодерма; 7 - энтодерма. (Из Boucaut el al., 1984; фотография с любезного разрешения J.-P. Thiery,)

шарии увеличивается на 45%. Одновременно происходит полное объединение этого огромного числа глубоких клеток в один слой. Самый поверхностный слой клеток распространяется посредством их деления и уплощения. Распространение клеток в дорсальной и вертикальной частях краевой зоны осуществляется, по-видимому, под действием того же механизма, хотя изменения формы клеток в этих участках зоны играют, вероятно, большую роль, чем в анимальной области. Результатом этих движений является эпиболия поверхностных и глубоких клеток анимального полушария и краевой зоны по поверхности яйца. Большинство клеток краевой зоны, как уже упоминалось, инволюирует, присоединяясь к потоку мезодермальных клеток внутри зародыша. Итак, гаструляция у амфибий представляет со-

Рис. 4.29. Изменения в форме и расположении клеток в крыше бластоцеля у зародышей шпорцевой лягушки на стадиях 8 (средняя бластула), 9 (поздняя бластула) и на последовательных стадиях гаструляции от стадии 10 (начало гаструляции) до стадии 11.5 (большая желточная пробка). Фотографии получены с помощью сканирующего электронного микроскопа. (Из Keller. 1980: фотографии с любезного разрешения R.E. Keller.)

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. I: Пер. с англ. — М.: Мир, 1993. — 228 с.

____________ ГАСТРУЛЯЦИЯ: ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК 131

бой гармоническое сочетание нескольких отчетливо различающихся событий. Первым указанием на гаструляцию является локальная инвагинация энтодермальных колбовидных клеток в краевой зоне в строго определенное время и в строго определенном месте. 3aтем инволюция глубоких клеток через губу бластопора приводит к образованию архентерона и к перемещению осевой мезодермы в дорсальную область зародыша. В то же самое время клетки-предшественники эктодермы распространяются в вегетативном направлении посредством клеточных делений и интеграции ранее независимых клеточных слоев. Результатом этих клеточных движений является соответствующее размещение в зародыше трех зародышевых листков, подготавливающее их к дифференцировке в органы тела. До сих пор еще неизвестно, каким образом эти клетки узнают, когда им начинать и завершать их движения. И хотя получены интересные новые данные, Келлер (Keller. I986) предостерегает: «Ни один морфогенетический процесс — особенно гаструляция у амфибий еще не понят нами должным образом ни на клеточном уровне, ни на уровне клеточной популяции».

Гаструляция у птиц

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: