Выселение первичной мезенхимы

Примерно через 24 ч после вылупления бластулы из оболочки оплодотворения вегетативный участок стенки сферической бластулы начинает уплощаться. В центре этой плоской вегетативной пластинки находится скопление мелких клеток, на поверхности которых, обращенной в бластоцель, появляются длинные тонкие (30 х 5 мкм) выросты, называемые филоподиями Растягиваясь и сокращаясь, филоподии совершают пульсирующие движения. Затем клетки отделяются друг от друга и мигрируют в бластоцель. Они называются первичной мезенхимой и происходят из микромеров (рис. 4.2).

Густафсон и Волперт (Gustafson. Wolpert, 1961) с помощью цейтраферной киносъемки проследили под микроскопом движения этих клеток в бластоцеле. Сначала движения мезенхимных клеток вдоль этих клеток бластоцеля имеют, вероятно, случайный характер. С помощью филоподии они то активно устанавливают связь со стенками бластоцеля, то прекращают ее. В конце концов эти клетки локализуются в центральной области бластоцеля, где контакты их филоподий со стенкой бластоцеля, по-видимому, становятся наиболее прочными. Затем клетки первичной мезенхимы сливаются в синцитиальные тяжи (позже они будут называться скелетными иглами), которые образуют впоследствии оси известковых спикул личиночного скелета (рис. 4.3).

События, происходящие в цитоплазме и на поверхности клеток, являются ключевыми для выселения и миграции первичных мезенхимных клеток. Густафсон и Волперт (Gustafson. Wolpert. 1967) предложили модель, согласно которой иммиграция микромеров происходит благодаря изменениям их адгезивных

¹ Обсуждение гаструляции у дрозофилы отложено до гл. 18, в которой она рассматривается в связи с формированием характерных черт развития у этих насекомых.

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

112 ГЛАВА 4

Рис. 4.1. Схематические рисунки нормального развития морского ежа, позволяющие проследить судьбу различных групп клеток бластулы. А- Ε. Период дробления до стадии 64 бластомеров (стадия 2 бластомеров опущена). Ж. Ранняя бластула, покрытая ресничками. З. Поздняя бластула с апикальным пучком ресничек и уплощенной вегетативной пластинкой. И. Бластула с первичной мезенхимой. К. Гаструла с вторичной мезенхимой. Л. Личинка на стадии призмы. M. H. Личинка на стадии плутеуса. Судьба различных участков цитоплазмы зиготы (рис. А), показанных белым, различными оттенками серого и черным цветом, может быть прослежена в течение всего развития. О. Микрофотография живой личинки морского ежа на стадии плутеуса (А- Η - по Hö rstadius, 1939; фотография с любезного разрешения G. Watchmaker.)

свойств по отношению к другим клеткам и окружающему их внеклеточному матриксу. Первоначально все клетки бластулы соединены по своей наружной поверхности с гиалиновым слоем (возникающим при оплодотворении из кортикальных гранул), а по внутренней — с базальной мембраной (внеклеточным матриксом, секретируемым клетками). Внеклеточный матрикс нельзя увидеть в световом микроскопе, но его можно обнаружить с помощью сканирующего электронного микроскопа (рис. 4.4). С боковых сторон каждая клетка имеет в качестве соседа другую клетку. Финк и Мак-Клей (Fink, McClay, 1985) подтвердили предположение Густафсона и Волперта. измерив силу адгезии бластомеров морского ежа с гиалиновым слоем, базальной мембраной и с другими клетками. Они обнаружили, что потомки макромеров и мезомеров очень прочно связаны друг с другом и с гиалиновым слоем, но

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

ГАСТРУЛЯЦИЯ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК 113

очень рыхло - с базальной мембраной (табл. 4.1). Характер связывания микромеров на стадии бластулы вначале был сходным. Однако в ходе гаструляции адгезивные свойства микромеров менялись. И если другие клетки сохраняли плотную связь с гиалиновым слоем и с соседними клетками, то микромеры гаструлы теряли свое сродство к этим структурам (оно уменьшалось до 2% первоначального значения), а сродство к базальной мембране увеличивалось в 100 раз. Эти изменения свойств микромеров приводят к тому, что они открепляются от наружного гиалинового слоя и от своих соседей и, притягиваемые базальной мембраной, мигрируют в бластоцель (рис. 4.5). Изменения в сродстве коррелировали

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

114 ГЛАВА 4

Рис. 4.5. Выселение клеток первичной мезенхимы. А. Схематический рисунок, иллюстрирующий изменения адгезивных свойств презумптивных клеток первичной мезенхимы. Клетки теряют сродство к гиалину и к соседним с ними бластомерам, сродство же клеток к базальной мембране, напротив, увеличивается. Б. Иммиграция клеток первичной мезенхимы у Lytechinus variegatus. (Фотография получена с помощью сканирующего электронного микроскопа). (А - из Fink. McCIay, 1985; Б - с любезного разрешения J. B Morrill. D. Flaherty.)

Таблица 4.1. Сродство мезенхимных и немезенхимных клеток к клеточным и неклеточным компонентам 1 (Fink, McClay, 1985)

1 Клетки помещали на пластинки, на которых находились либо гиалин, либо материал базальной мембраны, либо клеточные монослои. После прилипания клеток к субстрату пластинки переворачивали и центрифугировали с разной скоростью, чтобы вызвать смещение этих клеток. Силу, требующуюся для их смещения, вычисляли по скорости центрифугирования, необходимой для удаления испытуемых клеток с субстрата.

с происходившими в это время изменениями в составе молекул клеточной поверхности. Антиген клеточной поверхности, Мезо 1, обнаруживался точно тогда, когда наблюдалась миграция мезенхимных клеток из стенки бластулы (рисунок на внутренней стороне обложки).

Как видно из рис. 4.4. вокруг вселяющихся в бластоцель клеток первичной мезенхимы концентрируется внеклеточный матрикс (Galileo. Morrill. 1985). Кроме того, попав внутрь бластоцеля, первичные мезенхимные клетки с помощью филоподий мигрируют по внеклеточному матриксу (рис. 4.6: Galileo. Morrill, 1985; Karp, Solursh, 1985). По-видимому, для их миграции важны два белка. Один из них — фибронектин, высокомолекулярный (400 000 дальтон) гликопротеин, который является обычным компонентом базальных мембран, в том числе и базальной мембраны у морского ежа (Wessel et al.. 1984). Финк и Мак-Клей (Kink. McCIay. 1985) показали, что во время гаструляции сродство микромеров к этому белку резко возрастает, а Като и Хайяши (Katoh. Hayashi. 1985) обнаружили, что миграция мезенхимных клеток зависит от концентрации фибронектина. Второй набор молекул — это сульфатированные гликопротеины, обнаруженные на клеточной поверхности выселяющихся в бластоцель мезенхимных клеток (Sugiyama. 1972; Heifctz, Lcnnarz, 1979). Если синтез (или сульфатирование) этих гликопротеинов подавлен, то мезенхимные клетки будут выселяться в бластоцель, но не станут двигаться в нем (Karp. Solursh. 1974; Anstrom et al.. 1987; рис. 4.7).

Гиббинс и др. (Gibbins et al.. 1969) показали, что для формирования и миграции мезенхимных клеток чрезвычайно важное значение имеет ориентация микротрубочек. В клетках ранней бластулы микротрубочки распределены асимметрично вдоль длинной оси клетки (рис. 4.8). По мере того как клетки первичной мезенхимы приобретают амебоидную форму и теряют контакт с бластодермой, микротрубочки

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

___________ ГАСТРУЛЯЦИЯ: ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК 115

Рис. 4.6. Примордиальные мезенхимные клетки, мигрирующие по внеклеточному матриксу зародыша Lytechinus на стадии ранней гаструлы. А. Мезенхимные клетки, мигрирующие вдоль боковых стенок бластоцеля. Б. Группа лидирующих мезенхимных клеток при большем увеличении. Видны филоподии, простирающиеся во внеклеточный матрикс. Фотографии получены с помощью сканирующего электронного микроскопа, (Б - из Morrill и Santos. 1985; обе фотографии с любезного разрешения J. В. Morrill.)

Рис. 4.7. Влияние отсутствия сульфата на движение клеток первичной мезенхимы у морского ежа Lytechinus. A. Нормальная гаструла. Б.Аномальная гаструла, образующаяся при инкубации яиц в морской воде без сульфата. (Из Karp, Solursh. 1974; фотографии с любезного разрешения M. Solursh.)

утрачивают свою ориентацию и их расположение становится случайным. Микротрубочки перемешаются в область филоподий мигрирующих клеток и позже обнаруживаются в синцитиальных тяжах. Если эти микротрубочки разрушить (например, колхицином), то мезенхимные клетки теряют свои филоподиальные отростки и миграция прекращается (Tilney, Gibbins. 1969).