Пути миграции клеток нервного гребня

Как видно из рис. 5.2, нервный гребень представляет собой временную структуру, клетки которой распространяются по телу вскоре после смыкания нервной трубки. Пересаживая участки нервной трубки, взятые от зародыша цыпленка вместе с соответствующим участком нервного гребня от зародышей, имеющих радиоактивные или генетические маркеры, другим зародышам (Weston, 1963: Thiery et al., 1982), исследователи смогли проследить пути миграции клеток нервного гребня (рис. 5.31). Позже миграция этих клеток была прослежена с помощью флуоресцирующих антител, которые связываются почти исключительно с мигрирующими клетками нервного гребня. Такая методика позволяет идентифицировать отдельные клетки нервного гребня в пределах обширных областей тела. Используя флуоресцирующие антитела, исследователи из нескольких лабораторий установили три главных пути, по которым эти клетки мигрируют в разные области (Rickmann et al., 1985; Bronner-Fraser, 1986a: Tcillet et al., 1987; Loring, Erickson, 1987; рис. 5.32). Первый путь простирается в вентральном направлении через передний отдел сомита. Из рис. 5.33 и цветной таблицы на обложке книги можно видеть, что мигрирующие клетки нервного гребня способны вступать только в передний, а не в задний отдел сомита. Некоторые из этих клеток достигают спинной аорты, где из них формируются симпатические ганглии. Ганглии представляют собой скопления нейронов, которые после стимуляции их нейронами спинного мозга передают полученные импульсы клеткам-мишеням¹. В особых областях тела клетки нервного гребня, мигрирующие тем же путем, образуют скопления и формируют секретирующие адреналин клетки мозгового вещества надпочечников.

Что же происходит с теми клетками нервного гребня, которые располагаются вблизи заднего отдела сомита? Используя антитела, мы можем узнать об их положении в пространстве, но не можем выяснить направление, в котором движется специфическая группа клеток. Были проведены опыты (Teillet et al., 1987), в которых иммунологическую методику комбинировали с пересадкой генетически маркированных клеток нервного гребня перепела куриным зародышам. Антитела узнавали и метили клетки нервного гребня обоих видов животных, а генетический маркер позволял исследователю отличить клетки нервного гребня перепела от клеток нервного гребня курицы. Эти опыты дали возможность идентифицировать второй путь миграции — путь клеток, лежащих напротив задних отделов сомитов. Такие клетки нервного гребня перемещаются вдоль нервной трубки вперед или назад и затем вступают в передние отделы своих собственных или прилежащих к ним сомитов. Такие клетки объединяются с некоторыми из клеток нервного гребня, исходно расположенных напротив переднего отдела сомита и вместе с ними формируют ганглии дорсальных корешков — скопления нейронов, переключающих сенсорную информацию на спинной мозг. Таким образом, каждый ганглий дорсального корешка сформирован тремя популяциями клеток нервного гребня: одна — из участка нервного гребня, прилежащего к переднему отделу сомита, а две другие из его участков, которые прилегают к задним отделам двух соседних сомитов.

Третий основной путь миграции клеток нервного гребня проходит в дорсовентральном направлении под покровным эпителием зародыша. Некоторые из клеток, мигрирующих по этому пути, дифференцируются в пигментные клетки (у млекопитающих — меланоциты). Они движутся из центральной дорсальной области по вентральной поверхности покровного эпителия в этом направлении и достигают в конце концов кожи живота. У некоторых мутантов, у которых нарушены процессы миграции клеток нервного

¹ Парасимпатический отдел периферической нервной системы также формируется из клеток нервного гребня, мигрирующих тем же путем, но только в краниальные и шейные области зародыша.

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

170________________ ГЛАВА 5_______________________________________________________________________________

Таблица 5. 1. Основные производные нервного гребня ¹

Пигментные клетки	Сенсорная нервная система	Вегетативная нервная система	Скелетная и соединительная ткань	Эндокринные железы

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

Рис. 5.31. Миграция клеток нервного гребня. А. Методика пересадки с целью маркировки клеток нервного гребня. У зародыша-донора вырезают участок дорсальных осевых структур из этого участка изолируют нервную трубку и нервный гребень и пересаживают эти структуры зародышу-реципиенту на место, из которого такие же структуры были предварительно удалены. Если клетки нервного гребня донора помечены H-тимидином или генетически (взяты от зародыша другого вида или линии), то потомки этих клеток могут быть прослежены на последующих стадиях развития. Б. Локализация методом радиоавтографии клеток нервного гребня, которые мигрировали из пересаженного донорского нервного гребня, меченного радиоактивным изотопом, и дифференцировались в меланобласты (1), клетки симпатических ганглиев (2), ганглиев дорсальных корешков (3) и глиальные клетки (4). В. Цыпленок, развившийся из зародыша непигментированной линии кур, которым был пересажен участок нервного гребня, взятый, от зародыша пигментированной линии. Из клеток пересаженного нервного гребня дифференцировались пигментные клетки, способные мигрировать в кожу крыла. (По Weston, 1963; фотографии любезно представлены J. Weston.)

Рис. 5.32. Миграция клеток нервного гребня в туловищной области куриного зародыша. Путь 1: клетки перемещаются в вентральном направлении через передний отдел сомита. Эти клетки, вероятно, участвуют в образовании симпатических и парасимпатических ганглиев, а также становятся клетками мозгового вещества надпочечников и ганглиев дорсальных корешков. Путь 2: клетки, примыкающие к заднему отделу сомита, мигрируют между нервной трубкой и сомитом, а затем вступают в передний отдел лежащего рядом сомита. Эти клетки были обнаружены в ганглиях дорсальных корешков. Путь 3: клетки мигрируют в дорсолатеральном направлении под покровным эпителием. Эти клетки становятся меланоцитами, вырабатывающими пигмент.

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

172_______________ ГЛАВА 5_______________________________________________________________________________

Рис. 5.33. Миграция клеток нервного гребня. Продольные срезы через сомиты, окрашенные связанной с флуоресцеином антисывороткой HNK-1, которая избирательно «узнает» клетки нервного гребня. Интенсивное свечение клеток видно только в переднем, но не в заднем отделе каждого сомита. (Из Bronner-Fraser, 1986a; фотография с любезного разрешения M. Bronner-Fraser.)

Рис 5.34 Миграция пигментных клеток. Вид с дорсальной (А) и вентральной (Б) сторон мыши, гетерозиготной по мутации White. Меланобласты не мигрируют по всей поверхности тела мыши: в центре брюха сохраняется белое пятно (отсутствуют пигментные клетки). У мышей, гомозиготных по этой мутации (на рисунке они не показаны), шерсть белая, но в сетчатке можно видеть пигмент меланин. (Фотографии с любезного разрешения Джексоновской лаборатории.)

гребня, на брюхе образуется белое пятно, свидетельствующее о том, что пигментные клетки этого места не достигли (рис. 5.34).

Таким образом, клетки нервного гребня мигрируют не случайно, а следуя строго определенным путям. Природа этих направляющих их движение путей еще неизвестна, однако полагают, что миграция клеток контролируется субстратом, по которому они продвигаются. В 1941 г. Пауль Вейс высказал предположение, что между специфическими молекулами поверхности клетки и комплементарными молекулами субстрата должны возникать временные связи. Сравнительно недавно были получены данные, свидетельствующие о том, что по крайней мере в отношении клеток нервного гребня дело обстоит именно так. Во-первых, когда нервную трубку и связанный с нею нервный гребень переворачивают так, что нервная трубка оказывается вверху, клетки нервного гребня продолжают мигрировать из него. Однако теперь они движутся в дорсальном, а не в вентральном направлении, тем самым сохраняя прежнюю ориентацию по отношению к нервной трубке. Во-вторых, когда клетки нервного гребня или их производные помещают (посредством пересадки или инъекции) на место, по которому в норме пролегает путь их миграции, они мигрируют по этому пути. Другие же эмбриональные клетки неспособны ориентироваться подобным образом и остаются в том месте, на которое их поместили (Erickson et al., 1980; Bronner-Fraser, Cohen, 1980). Следовательно, клетки нервного гребня могут узнавать некоторые пути в зародыше и мигрировать по ним.

Возможно, клетки нервного гребня узнают правильный путь потому, что он маркирован белком фибронектином. Розавио и др. (Rosavio et al., 1983) было обнаружено, что мигрирующие клетки нервного гребня, прикрепляясь к этому белку, движутся по нему. Если клетки нервного гребня, помещенные в чашку Петри, приходят в контакт с полоской фибронектина, то они предпочитают двигаться по ней в направлении от более высоких концентраций клеток к более низким (рис. 5.35). Это имитирует поведение клеток нервного гребня в головной области, где такие клетки путешествуют по тонким, богатым фибронектином трекам, удаляясь от участков с высокой плотностью клеток (Mayer et al., 1981). Клетки нервного гребня обнаруживают также сродство к ламинину, другому белку, секретируемому клетками и участвующему в образовании внеклеточ-

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

________________ РАННЕЕ РАЗВИТИЕ ПОЗВОНОЧНЫХ. ЭКТОДЕРМА________________________________________ 173

Рис. 5, 35, Миграция клеток нервного гребня по фибронектиновому субстрату. Нервную трубку и связанный с ней нервный гребень удаляли у зародышей и помещали в чашки Петри на фибронектиновую подложку. А. Клетки нервного гребня мигрируют от фиксированного места (слева) по фибронектиновой подложке не случайным образом. Б. В. Треки движения клеток, выбранных для наблюдения, по полоске фибронектина. Волнообразная линия слева представляет собой нервную трубку и нервный гребень, служившие источником мигрирующих клеток. (По Rosavio et ai. 1983; фотография с любезного разрешения J.-P. Thiery.)

ного матрикса (Newgreen et al., 1986). Было показано (Bronner-Fraser, 1986b), что если ранним куриным зародышам в область головы инъецировать антитела против фибронекгиновых и ламининовых рецепторов клеток нервного гребня, то миграция этих клеток резко нарушается. Итак, узнавание фибронектина и ламинина играет важную, но пока еще невыясненную роль в миграции клеток нервного гребня. Если миграция клеток нервного гребня зависит от наличия этих молекул внеклеточного матрикса. то можно ожидать, что концентрация или локализация фибронектина (или ламинина) в местах, по которым мигрируют эти клетки, различны. Было высказано предположение (Loring, Erickson. 1987), что такие различия могут быть обнаружены между передним отделом сомита (по которому мигрируют клетки нервного гребня) и его задним отделом (по которому они не мигрируют). Как мы узнаем из следующей главы, блок ткани сомита расщепляется на внутреннюю часть — склеротом, из которого образуются хрящи позвоночника, и наружную — дермамиотом, который даст начало мышцам и собственно коже, или кориуму. Лоринг и Эриксон обнаружили, что у куриного зародыша клетки нервного гребня проникают в сомит в период формирования дермамиотома. В переднем отделе сомита этот процесс происходит раньше, чем в заднем, и к тому времени, когда образуется задний отдел дермамиотома, клетки нервного гребня уже завершают свою миграцию через его передний отдел. Кроме того, мигрирующие клетки, по-видимому, прилипают к секретируемому клетками сомита внеклеточному матриксу, богатому фибронектином и ламинином (рис. 5.36).

Согласно этой модели, передний отдел сомита оказывает пермиссивное (и, возможно, директивное) влияние на миграцию клеток нервного гребня, образуя подходящий субстрат для их передвижения. Без такого субстрата миграция клеток была бы невозможна. Это предположение подтверждается данными, полученными эмбриологами более 50 лет назад. Леман (Lehmann, 1927) показал, что удаление сомита влечет за собой неспособность к образованию соответствующего чувствительного ганглия, а Детвайлер (Detwiler, 1937) обнаружил, что пересадка дополнительных сомитов зародышу какой-либо амфибии приводит к увеличению у него числа этих ганглиев. Таким образом, можно думать, что миграция клеток нервного гребня опосредована изменениями в составе белков внеклеточного матрикса, которые представляют собой их среду в зародыше.

Кроме фибронектина и ламинина, в детерминации миграционных путей клеток нервного гребня могут играть важную роль и другие вещества. Одним из таких веществ является гиалуроновая кислота. Для миграции клеток нервного гребня необходимо пространство, в котором они могут двигаться. Полагают, что гиалуроновая кислота вызывает

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

174 ГЛАВА 5

Рис, 5.36. Различия между передним и задним отделами сомита. Фотография составлена из снимков срезов через задний и передний отделы одного и того же сомитa у куриного зародыша. Срезы были сделаны после того, как сомит разделился на склеротом и дермамиотом. Микроскопические препараты окрашены флуоресцирующими антителами против ламинина. Ламинин, окружающий клетки нервного гребня, указывает им путь проникновения в передний отдел сомита. В заднем отделе сомита отделение склеротома от дермамиотома еще не завершилось и ламинин не может обеспечить миграцию клеток нервного гребня в сомит. 1 -- нервная трубка; 2 -дермамиотом; 3 -- склеротом; 4 -- хорда. (Фотография с любезного разрешения J. F. Loring.)

образование свободного от клеток пространства, в которое затем внедряются клетки нервного гребня (Pratt et al., 1975; Solursh et al., 1979). Эта модель сходна с моделью, предложенной для объяснения инвазии бластоцеля у птиц клетками-предшественниками мезодермы. И действительно, Мейер (Meier, 1981) обнаружил, что гиалуроновая кислота накапливается в некоторых областях, где происходит миграция клеток нервного гребня.

Кроме тою, клетки нервного гребня сами могут изменять пути, по которым они мигрируют, делая затруднительным использование этих путей другими клетками нервного гребня. Было показано (Weston, Butler, 1966), что клетки нервного гребня, взятые от позднего зародыша и помещенные в окружение, состоящее из клеток более раннего зародыша, способны мигрировать во все области, в которые в норме должны попасть эти клетки. Однако если клетки нервного гребня от раннего зародыша помещают в окружение из клеток нервного гребня более позднего зародыша, то большинство «молодых» клеток образуют только ганглии дорсальных корешков. Это наблюдение подтверждает тот факт, что в среде, по которой должны были перемешаться эти клетки, уже произошли какие-то изменения. Эти изменения могут быть вызваны самим перемещением клеток раннего гребня: указанный путь может подвергнуться облитерации в результате дальнейшего развития сомитов