- •Роль клеточной мембраны в дифференцировке
- •Роль цитоскелета в дифференцировке
- •3. Уровень посттранскрипции.
- •4. Уровень трансляции.
- •5. Уровень посттранскрипции.
- •Генетический контроль сегментации у дрозофилы
- •Дифференцировки
- •Внешние факторы дифференцировки а. Химические факторы
- •1. Гормоны
- •Физические факторы дифференцировки
- •Структурно-топологические факторы
- •2. Количество соседей, наличие или отсутствие контактов между ними. Примеры:
- •Устойчивость клеточной дифференцировки Трансдифференцировка
- •Дедифференцировка
- •Трансдифференцировка (опыты Шмидта)
- •Трансдетерминация
- •Малигнизация
Физические факторы дифференцировки
Температура. Большинство генов при температуре, значительно превышающей оптимальную для данного вида, инактивируются, но: существуют гены теплового шока, которые активируются кратковременным воздействием температур, близких к сублетальным. Это ведет к появлению строго определенных повреждений в результате синтеза специфических белков. У многих животных имеются периоды повышенной чувствительности к температуре, когда гены теплового шока активируются особенно легко. Например, кратковременное прогревание зародышей лягушки на стадии от ранней гаструлы до хвостовой почки ведет к повреждению строго определенных сегментов осевой МД.
Свет. Данных о влиянии света на дифференцировку немного. Известно, что у плазмодиофорей и высших растений геном может активироваться светом.
Механические напряжения. Многие виды эмбриональных клеток и тканей меняют способность к синтезу нуклеиновых кислот и белков в зависимости от того, растянуты ли они по субстрату, или находятся в суспензии (см. таблицу)
Способность к синтезу белков у некоторых типов клеток
в зависимости от их состояния
Клеточный тип |
Состояние клеток |
|
растянуты |
в суспензии |
|
фибробласты |
Синтез коллагена |
Нет |
хондробласты |
Синтез фибронектина |
Синтез протеогликанов |
эритроидные клетки |
Нет |
Синтез гемоглобина |
Механизм действия натяжения на дифференцировку выглядит следующим образом:
Натяжение действует на:
Мембрану (открываются каналы, активируются ферменты).
Цитоскелет (собираются:
А) микротрубочки и микрофиламенты, которые отвечают за транспорт органелл и белков и таким образом влияют на трансляцию;
Б) промежуточные филаменты, которые проникают в ядро и влияют на транскрипцию. Все это ведет к возникновению различий между клетками.
Влияние других физических факторов (электромагнитное излучение, механические колебания ультразвукового и звукового диапазонов, электрические и магнитные поля) пока нельзя считать строго доказанными.
Структурно-топологические факторы
1. Сгущение-разрежение =сжатие-растяжение клеток.
Примеры:
Сетчатка формируется на вогнутой (сжимающейся) стороне глазного бокала, пигментный эпителий – на выпуклой (растягивающейся) стороне.
Если ткань глазного бокала культивировать
–в условиях скопления – она вся дифференцируется в сетчатку;
– в условиях разрежения – вся превратится в пигментный эпителий.
Если зачаток глаза проколоть, натяжение устранится, и часть уже дифференцированного пигментного эпителия преобразуется в сетчатку.
2. Количество соседей, наличие или отсутствие контактов между ними. Примеры:
Так, у брюхоногих моллюсков БМ, которому удалось установить максимальное число контактов с соседями (22-24), становится родоначальником целомической МД;
у нематод такой БМ станет родоначальником ЭНТД.
У амфибий нарушение контактов между клетками хордомезодермы (даже на несколько десятков секунд) в период гаструляции изменяет их дифференцировку в направлении головного мозга.
3. Контактная поляризация – увеличение площади боковых контактов между клетками, которое ведет к перераспределению в клетках органелл и контактных зон → преобразованию клеточных мембран и цитоскелета →экспрессии генов. Примеры:
В клетках эмбриональной сетчатки фермент глютаматсинтетаза образуется только при наличии контактов.
В клетках взрослой печени (между ними тесные контакты) в норме никогда не синтезируется белок α-фетопротеин. Если их разобщить – этот белок появляется.
4. Контактная ингибиция –влияние на двигательную и митотическую активность других клеток. Примеры:
Если два свободнодвижущихся фибробласта встречаются, то тот, который контактирует с другим посредством ламеллоподии (тонкий отросток, образующийся по ходу движения в передней части клетки), немедленно останавливается, его ламеллоподия исчезает, и клетка начинает двигаться назад (это особенно характерно для мезенхимы).
При контакте двух клеток их митотическая активность понижается, при разрыве контакта – повышается (этот механизм лежит в основе заживления ран).
5. Структура внеклеточного матрикса. Этот фактор особенно важен в случае эпителиально-мезенхимных взаимодействий. Схема механизма действия: внеклеточный матрикс→мембрана→ цитоскелет→ядро→ экспрессия генов. Примеры:
Для формирования выроста легкого из эпителия передней кишки необходим контакт эпителия с мезенхимой этого же зачатка. Чужеродная мезенхима полностью изменяет его судьбу. Так, мезенхима желудка, контактируя с легочной ЭНТД, направляет ее дифференцировку в железы желудка; мезенхима печени – в печеночные тяжи.
Присутствие мезенхимы необходимо для формирования щитовидной железы и печени. Так, для начала морфогенеза печени из эпителия передней кишки необходим контакт с мезенхимой зачатка сердца, а затем – собственной мезенхимой.
Все известные сейчас факторы клеточной дифференцировки действуют направленно и эстафетно, т.е. каждая клетка, получившая импульсы дифференцировки, сама становится ее источником (передача эстафеты).