Начало миграции клеток нервного гребня связано с их выделением из пласта нейроэпителия замыкающейся нервной трубки и приобретением ими внешних признаков мезенхимных клеток.

Оказавшиеся вне нейроэпителиального пласта клетки нервного гребня начинают активно перемещаться. Миграция клеток определяется взаимодействием клеток с межклеточным веществом — внеклеточным матриксом. Матрикс служит для клеток механической опорой или твердым субстратом.Его компоненты довольно хорошо изучены и включают разные типы коллагена, фибронектин, ламинин, гликозаминогликаны и другие вещества (рис. 8-10).

Рис. 8-10. Фибронектиновые фибриллы во внеклеточном матриксе крыши бластоцеля гаструлы амфибии, выявленные методом иммунофлюоресценции.

Гликопротеиды фибронектин и ламинин — основные вещества внеклеточного матрикса, принимающие участие в миграции клеток нервного гребня. Они оказывают стимулирующий эффект на их перемещение. Напротив, коллаген II типа, откладывающийся, по данным ряда авторов, преимущественно на выпуклых поверхностях нейральных пластов, задерживает на себе клетки нервного гребня, повышая их концентрацию и способствуя дифференцировке.

Взаимосвязь мигрирующих клеток с компонентами внеклеточного матрикса осуществляется особым видом клеточных рецепторов — белками-интегринами(рис. 8-11, а). В эксперименте показано, что введение в головной отдел зародыша антител к интегрину, блокирующих связь клеток с фибронектином или ламинином, приводит к значительным нарушениям в распределении клеток нервного гребня.

Рис. 8-11. Взаимодействие мигрирующей клетки с компонентами внеклеточного матрикса. а — общий вид, б — механизм действия интегринового рецептора. 1 — покровная эктодерма, 2 — нервный гребень, 3 — нервная трубка, 4 — мигрирующие клетки нервного гребня, 5 — внеклеточный матрикс, 6 — интегрин, 7 — ламинин.

Интегриновый рецептор — трансмембранный белок: его молекула пронизывает плазматическую мембрану клетки и обладает как внеклеточной, так и внутриклеточной частями (доменами). Внутриклеточный домен интегрина через цепь различных соединенных между собой белков взаимодействует с актиновыми микрофиламентами цитоскелета клетки, и тем самым осуществляется структурная связь между внеклеточным матриксом и цитоскелетом прикрепившейся клетки (рис. 8-11, б). Интегрин состоит из - и-субъединиц, которые могут комбинироваться в различных сочетаниях, формируя более 20 разных типов интегринов.

Мигрирующая мезенхимная клетка в некоторых участках своей поверхности образует псевдоподии (клеточные выросты в виде тонких нитей — филоподии или пластинчатой формы — ламеллоподии). Точки прикрепления псевдоподийк внеклеточному матриксу называютфокальными контактами(рис. 8-12). Именно в них оказываются сосредоточенными интегрины. Под фокальными контактами понимают макромолекулярные динамические комплексы, включающие до 100 различных белков, посредством которых передаются регуляторные сигналы от внеклеточного матрикса к клетке. Зафиксировавшись на субстрате, клетка за счет сокращения микрофиламентов и микротрубочек цитоскелета подтягивается в точке прикрепления. Затем она теряет фокальные контакты, формирует новые псевдоподии, на которых снова устанавливаются фокальные контакты и так далее.

Рис. 8-12. Мигрирующая клетка. а — схематическое изображение, б — микрофотография с использованием антител к актину (зеленый) и интегрину (красный). 1 — фокальные контакты, 2 — ламеллоподия с сетью актиновых филаментов, 3 — филоподия с пучком актиновых филаментов, 4 — микротрубочки.

Различия в миграции эпителиальных пластови мезенхимальных клеток, возможно, связаны именно с характером распределения фокальных контактов по клеточному краю: у мезенхимных клеток они сосредоточены преимущественно в концевых отделах, тогда как у эпителиальных клеток фокальные контакты распределены относительно равномерно по всей периферии и силы связывания с субстратом выражены слабее, чем у мезенхимы.

Наиболее интересный и принципиальный вопрос при перемещении клеток — целенаправленный характер процесса миграции, когда клетки движутся не хаотически, а по определенным путям именно в те участки зародыша, где в последствии из них будут образовываться зрелые производные. Каким образом клетки определяют, куда они должны мигрировать?

Направление миграции может быть задано неоднородностью компонентов матрикса и, следовательно, его адгезивных свойств, кривизной его поверхности или микрорельефом, а также различными нарушенияминепрерывности матрикса. Все это служит своеобразными опознавательными знаками для выбора направления клеточных миграций и сосредоточения определенных типов клеток в участках закладки будущих органов или регенерации.

С учетом описанных выше взаимодействий рецепторов клетки с соответствующими компонентами внеклеточного матрикса становится очевидно, что если необходимые элементы матрикса распределены неравномерно, а, например, в виде островков или узких дорожек, то клетки смогут прикрепляться и перемещаться лишь в границах определенных участков. Такая картина реально наблюдается в организме в условиях эмбриогенеза или при заживлении ран, когда клетки направленно мигрируют вдоль линейных участков на поверхности внеклеточного матрикса в соответствии с наличием в этих участках белковых компонентов, необходимых для адгезии клеток данного типа (рис. 8-13).

Рис. 8-13. Фибриллы внеклеточного матрикса зародыша морского ежа на стадии гаструляции и мигрирующие вдоль них клетки.

Механизм реакции мигрирующих клеток на геометрическую конфигурацию субстрата в настоящее время активно обсуждается. Одно из предположений состоит в том, что в этих реакциях участвуют так называемые рецепторы растяжения. Эти рецепторы клеточной мембраны, возможно, реагируют на кривизну или микронеровности поверхности субстрата, вызывая реорганизацию актинового цитоскелета и неравномерное перераспределение сил натяжения в клетке. В результате этого клетки начинают вытягиваться и ориентироваться в определенном направлении. Активация рецепторов растяжения включает внутриклеточную сигнализацию, которая вызывает фосфорилирование некоторых белков и изменение генной экспрессии. Одним из вероятных кандидатов на роль рецепторов растяжения являются ионные хлоридные каналы в клеточной мембране: в среде с дефицитом хлоридов вытягивание клеток вдоль микроканавок резко ослабевает. Однако для доказательства данного и ряда других предположений необходимы дальнейшие исследования.

Помимо доставки клеточного материала в нужную область зародыша миграциятакже обеспечивает определенный характер расположения клетокв зачатке формирующейся структуры, вследствие чего последняя приобретаетформу.

Так, в зачатке головного мозга клетки перемещаются из зоны размножения, прилежащей к полости невроцеля, к наружной стороне нервной трубки и образуют ряд выпячиваний, так называемых мозговых пузырей. Миграция клеток из зоны размножения обеспечивает также упорядоченное расположение слоев коры переднего мозга. Формирование начинается с самых

глубоких слоев. Сначала мигрируют и занимают нужную позицию клетки самого нижнего (внутреннего)уровня. Клетки каждого последующего слоя, чтобы достичь своего места локализации, должны преодолеть уже сформированные клеточные уровни(слои).Один из регуляторов процесса миграции и позиционирования нервных клеток коры переднего мозга — белок рилин, кодируемый геномRELN. Название «рилин» происходит от английского глаголаto reel— кружиться, идти нетвердой походкой. Именно такая, «закрученная или вальсирующая», неровная походка наблюдается у мышей с генетически обусловленным недостатком рилина. Нехватка белка ведет к таким нарушениям миграции нейронов, что у мышей наблюдается инверсия слоев коры головного мозга, т.е слои выстраиваются «наоборот»: более молодые нейроны не в состоянии преодолеть слои уже «осевших» на своем уровне клеток.

Генетический контроль миграции клеток, как и других процессов, осуществляемых в онтогенезе, сложен и в настоящее время активно изучается. Имея в виду перемещения клеток нервного гребня, можно привести следующие примеры. Продукт гена Slugучаствует в трансформации клеток нервного гребня в мигрирующие мезенхимальные клетки. Продукт генаFoxd3усиливает их перемещения. Миграция отдельных групп клеток нервного гребня также генетически детерминирована. Так,при одной из форм синдрома Ваарденбурга наблюдается частичный альбинизм, врожденная нейросенсорная тугоухость, а в некоторых случаях и отсутствие вегетативных ганглиев в кишечнике. Эта патология обусловлена нарушением миграции трех производных нервного гребня, одно из которых — меланоциты, второе — клетки улиткового ганглия, третье — нейроны межмышечного сплетения кишки. У больных выявлены мутации генов, кодирующих регуляторные белки РАХЗ и MITF, и мутация гена, кодирующего рецептор к эндотелину-3.

В целом, нарушения клеточной миграции, происходящие в период эмбриогенеза, приводят к формированию таких врожденных пороков развития, как гетеротопии и эктопии, т.е. к аномальной локализации органов или структур. Так, гетеротопия поджелудочной железы млекопитающих определяется нарушением перемещения закладок этого органа, в результате чего формирование компактной железы происходит в ненадлежащем месте.

Таким образом, миграция клеток является одним из важнейших механизмов развития, определяя правильность формирования структуры, формы органов, их локализацию в организме, обеспечивая процессы регенерации, иммунитета и другие. Приобретение клетками способности к миграции, взаимодействие мигрирующих клеток с субстратом, детерминирующее перемещение клеток, находятся под генетическим контролем.

8.2.3. Сортировка и слипание клеток

Механизм сортировки и слипания (адгезии)клеток лежит в основе выделения и объединения клеток одного типа среди всех прочих. В процессе развития клетки «узнают» друг друга и сортируются в зависимости от свойств, т.е. образуют скопления и пласты избирательно, только с определенными клетками. Этот механизм крайне важен при формировании зародышевых листков в ходе гаструляции, образовании структур в органогенезе, осуществлении регенеративных процессов и иммунных реакций в постнатальном развитии.

Начало изучению сортировки и адгезии клеток положили эксперименты Таунса и Гольтфретера. Диссоциированные (разделенные) с помощью ферментов клетки зародыша амфибии на стадии гаструлы тщательно перемешивали и помещали в культуральную среду. Сначала клетки представляли собой беспорядочную смесь, затем клетки эктодермы, мезодермы и энтодермы разделялись (сегрегировали), собирались в отдельные группы, каждая из которых занимала свою определенную область. Локализация заново образованных зародышевых листков иногда даже соответствовала их положению в зародыше — эктодерма по периферии агрегата, энтодерма внутри, а мезодерма между ними (рис. 8-14).

Рис. 8-14. Адгезия клеток зародышевых листков: а — смесь диссоциированных клеток гаструлы амфибий, б — клетки эктодермы, мезодермы и энтодермы, группирующиеся послойно путем адгезии.

Таким образом клетки зародышевых листков имеют избирательное сродство друг к другу: внутренняя поверхность эктодермы имеет положительное сродство к мезодермальным клеткам и отрицательное к энтодермальным. Мезодерма в свою очередь обладает положительным сродством и к экто-, и к энтодерме.

Есть основания думать,что избирательная сортировка и адгезия клеток обеспечивается наличием на их мембранахмолекул межклеточной адгезии (САМ, англ.,Сell-Аdhesion Мolecules).

Молекулы межклеточной адгезии— белки, связанные с плазматической мембраной клетки и обеспечивающие механическое взаимодействие клеток друг с другом. Часто они пронизывают мембрану и присоединяются к цитоскелету. Во многих случаях отдельная молекула способна взаимодействовать не с одним, а с несколькими веществами,чемуслужат разные участки связывания. Обычно белки межклеточной адгезии расположены кластерами (группами), иобразуют участки многоточечного связывания.

К молекулам адгезии относят 4 семейства белков: кадгерины, селектины, интегрины и семейство иммуноглобулинов. Опосредуемая ими адгезия может осуществляться на основе двух механизмов: гомофильного— молекулы адгезии одной клетки связываются с молекулами того же типа соседней клетки, игетерофильного,когда две клетки имеют на своей поверхности разные типы молекул адгезии, которые связываются между собой (рис. 8-15). Особенности функционирования различных семейств представлены в табл. 8-1.

Рис. 8-15. Механизмы межклеточной адгезии: а — гомофильный механизм, б — гетерофильный механизм.

Таблица 8-1. Функциональное значение молекул адгезии

Семейства молекул адгезии	Функции молекул
Кадгерины	Объединяют клетки в ткани и поддерживают целостность ткани. Для кадгеринов характерны гомофильные взаимодействия
Селектины	Осуществляют связь между клетками крови и эндотелием сосудов, а также функционируют в различных временных межклеточных адгезионных взаимодействиях в кровяном русле. Селектины имеют лектиноподобный домен, который «распознает» специфические углеводы на поверхности других клеток и связывается с ними
Интегрины	Участвуют в межклеточных взаимодействиях и во взаимодействиях с компонентами внеклеточного матрикса. Межклеточные взаимодействия обычно гетерофильные — интегрины одной клетки часто взаимодействуют с молекулами адгезии иммуноглобулинового семейства другой клетки
Иммуноглобулиновое суперсемейство	Важны в эмбриогенезе, заживлении ран и иммунном ответе. Участвуют в неконтактной межклеточной адгезии. Белки этой группы имеют внеклеточную часть, структура которой напоминает таковую молекул иммуноглобулинов. Все белки, принадлежащие этому суперсемейству, делятся на две группы: образующие гомофильные и гетерофильные (например, с интегринами) связи. К этому суперсемейству относятся, например, молекулы адгезии N-CAM, которые экспрессируют нервные клетки и их отростки

На этапах раннего эмбрионального развития основная роль в обеспечении механизма избирательной сортировки и адгезии клеток принадлежит кадгеринам. Остановимся на них более подробно.

Большинство кадгеринов представляют собой единожды пересекающие плазматическую мембрану гликопротеины, состоящие из 700–750 аминокислот. Внутриклеточные домены кадгеринов связаны с цитоплазматическими белками катенинами, а те, в свою очередь, — с цитоскелетом клетки — актиновыми филаментами (рис. 8-16). Кадгерины являются Са²⁺-зависимыми, т.е. опосредуют клеточную адгезию только в присутствии ионов кальция. В отсутствии кальция кадгерины претерпевают значительную конформационную перестройку и, в результате, быстро разрушаются ферментами.

Рис. 8-16. Схема взаимодействия молекулы кадгерина с цитоскелетом. 1 — клеточная мембрана, 2 — молекула кадгерина, 3 — катенины, 4 — актиновые филаменты, 5 — межклеточное пространство, 6 — цитоплазма клетки.

К настоящему моменту известно более десяти субклассов (субсемейств) кадгеринов, представители каждого из которых кодируются отдельным геном.Клетки позвоночных экспрессируют один или более типов кадгеринов. Для конкретного типа клеток характерен определенный набор экспрессируемых кадгеринов. В табл. 8-2 представлены некоторые из них.

Таблица 8-2. Экспрессия кадгеринов различных субклассов в организме

Субклассы кадгеринов	Место экспрессии
Е-кадгерины (увоморулин)	Морула, эпителиальные клетки
N-кадгерины	Нейроэктодерма, мезодерма, зрелые нервная и мышечная ткани, сердце, легкое, хрусталик
Р-кадгерины	Трофобласт, плацента, сердце, легкое, кишечник
R-кадгерины	Зрительный нерв, нейроглия, кость
M-кадгерины	Миобласты, сформированные мышцы
VE-кадгерины	Эндотелиальные клетки
Кадгерин-6	Почки
Кадгерин-11	Мезодерма