Механизм формирования нервной трубки

Формирование нервной трубки тесно связано с изменениями формы клеток, в которых участвуют микротрубочки и микрофиламенты. Эктодермальные клетки удлиняются по мере того, как случайно ориентированные микротрубочки выстраиваются в них параллельно удлиняющейся оси клетки (рис. 5.8). Эту стадию формирования нервной трубки можно блокировать колхицином, ингибитором полимеризации микротрубочек (Burnside, 1973). Второе изменение формы клеток состоит в их апикальном сужении — они принимают вид цилиндра; это изменение связано с образованием кольца актиновых микрофиламентов, окружающих апикальные края клеток. Сокращение этих микрофиламентов вызывает эффект «ремешка, стягивающего кисет (или старинный кошелек)», они стягивают апикальный конец каждой клетки. Было показано (Burnside, 1971; Karfunkel, 1972), что у зародышей, культивируемых в присутствии цитохалазина В, нейроэпителиальные клетки удлиняются, но не могут сузиться, и поэтому нервные валики не образуются. Актин связан с миозином, из которого он способен получать энергию для сокращения (Nagele, Lee, 1980), а также с апикальной мембраной. Эта связь осуществляется через спектрин — интегральный белок плазматической мембраны, который может соединяться с микрофиламентами внутри клетки (Sadler et al., 1986). Локализация спектрина точно соответствует расположению микрофиламентов, что позволяет предположить активное их участие в изменении формы клеток.

Совместными усилиями биологов и математиков удалось показать, что одних лишь этих изменений удлинения и сжатия — вполне достаточно, чтобы плоский слой клеток превратился в полую трубку внутри зародыша (Odell et al., 1981). При машинном моделировании нейруляции были заданы следующие условия: исходный слой эктодермы состоит из кубовидных клеток, расположенных бок о бок, но тесно соединенных вместе апикальными концами (рис. 5.9). На этих концах имеются пучки микрофи-

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

152 ГЛАВА 5

Рис. 5.8. Ориентация микротрубочек и микрофиламентов в клетках нервной пластинки А. Микротрубочки выстроились вдоль длинной оси клетки; микрофиламенты окружают ее верхушку. Микрофиламенты часто бывают прикреплены к десмосомам, специфическим структурам на клеточной мембране в месте контакта между двумя клетками. Б. Пучки апикальных микрофиламентов (показаны длинными одиночными стрелками), видимые вблизи десмосом по обеим сторонам межклеточных контактов. Видны также микротрубочки (указаны короткими двойными стрелками). (Из Burnside, 1971; фотография с любезного разрешения В. Burnside.)

	Рис. 5.9. Компьютерная модель формирования нервной трубки у амфибий. (По Odell et al. 1981.)

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

________________ РАНЕЕ РАЗВИТИЕ ПОЗВОНОЧНЫХ ЭКТОДЕРМА 153

ламентов. Главное условие, которое необходимо было проверить в этой модели, заключалось в том. что способность «ремешка в кошельке» к растяжению ограничена. Предполагалось, что сверх этого порога упругости начинается сокращение ремешка, стягивающее кольцо в окружность меньшего диаметра, чем предыдущая. Оставшуюся часть клетки принимали за упругое тело постоянного объема. а апикальный конец каждой клетки считали тесно связанным с апикальными концами соседних клеток. Следовательно, сокращение микрофиламентов в одной клетке должно растягивать окружность апикального конца любой из прилежащих клеток и индуцировать волну сокращений по мере того, как клетки последовательно растягиваются выше их порога упругости и сокращаются. Таким образом генерируется волна сокращений во всех клетках, которые прочно связаны своими апикальными концами. Когда такое ограничение упругости было запрограммировано в компьютере, результат моделирования показал, что нейруляция должна происходить тем самым способом, который описан при эмбриологических наблюдениях.