Индукция мезодермальной специфичности энтодермой

Ньюкоп (Nieuwkoop, 1969, 1973, 1977) выявил значение вегетативной энтодермы для индукции. Удаляя экваториальные клетки у зародыша на стадии бластулы, он показал, что ни анимальная, ни вегетативная шапочки по отдельности не образуют мезодермальные ткани. Однако, когда эти две шапочки соединяли одну с другой, клетки анимальной шапочки оказывались индуцированными к образованию мезодермальных структур, таких, как хорда, мышцы, пронефросы и клетки крови. Кроме того, полярность этой индукции (будет ли область анимальных клеток формировать хорду или мышцы и т. п.) зависела от дорсовентральной полярности энтодермальной шапочки. В сходной серии опытов было показано (Nakamura, Takasaki, 1970), что эксплантаты из экваториальной области зародыша, взятые на стадии средней бластулы (участки, удаляемые в опытах Ньюкопа), были способны формировать мезодерму при культивировании in vitro. Эксплантаты из той же области, взятые на стадии 32 или 64 клеток, не могли формировать мезодермы и давали начало реснитчатым эктодермальным клеткам. Результаты этих опытов позволили предположить, что 1) клетки презумптивной мезодермы не детерминированы изначально, но достигают своего проспективного значения путем прогрессивного взаимодействия между анимальными и вегетативными клетками и 2) что клетки-предшественники экваториальных клеток становятся детерминированными к образованию мезодермы до начала гаструляции.

В середине восьмидесятых годов гипотеза нашла свое подтверждение и более глубокую трактовку в работах Гимлиха и Герхарта (Gimlich, Gerhart, 1984; см. также гл. 4). Когда лежащую наиболее дорсально вегетативную клетку зародыша шпорцевой лягушки, находящегося на стадии 64 клеток, пересаживали другому такому же зародышу, она индуцировала образование мезодермы. Сами эти вегетативные клетки формировали энтодермальные структуры, тогда как индуцированная мезодерма возникала из клеток хозяина. Можно видеть, что этот опыт (схему которого см. на рис. 4.20) аналогичен опыту Шпемана и Мангольд. Но если Шпеман и Мангольд получили две осевые структуры у хозяина, трансплантируя клетки дорсальной краевой зоны (ДКЗ), то Гимлих и Герхарт получили тот же результат, трансплантируя наиболее дорсальные вегетативные клетки, т.е. клетки, находящиеся ниже ДКЗ. Кроме того, Гимлих показал (Gimlich. 1985, 1986), что клетки презумптивной хордомезодермы у 32-клеточного зародыша (т.е. клетки дорсальной краевой зоны, но не их вентральные или латеральные экваториальные двойники) способны индуцировать образование осевых структур. Эти трансплантаты ДКЗ также индуцировали соседние клетки хозяина к формированию осевых структур, включая сомиты и клетки ЦНС (рис. 8.19). Отсюда, по-видимому, следует, что бластомеры дорсальной краевой зоны обладают частичной автономией и что их судьба детерминируется относительно рано (Gimlich, 1985, 1986)¹. Частота, с которой эти транс-

¹ Описание «частичной автономии» указывает на частичный характер этого явления, поскольку полный хордомезодермальный фенотип не всегда продуцируется трансплантатами ДКЗ, взятыми со стадии 32 клеток. Так, например, даже если 92% хозяев имеют явные мезодермальные структуры, то только у 19% из них хордомезодерма образована тканями хозяина.

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. 2: Пер. с англ. – М.: Мир, 1994. – 235 с.

__________________ ПРОГРЕССИВНАЯ ДЕТЕРМИНАЦИЯ _____________________________________________________ 57

Рис. 8.19. Схематическое изображение результатов опытов по пересадке дорсальных краевых клеток от нормальных зародышей на стадии 32 бластомеров таким же зародышам, облученным УФ; без пересадки у облученных зародышей не происходит гаструляции, и из них формируются лишь «куски живота». Если облученным зародышам пересадить дорсальные краевые клетки, то они будут индуцировать формирование мезодермы, которая в свою очередь индуцирует образование осевых структур; в результате развивается нормальный головастик. (По Gimlich, 1986..)

плантаты ДКЗ могут индуцировать образование полного набора осевых структур в облученных зародышах-хозяевах, вначале очень низкая и увеличивается с возрастом зародышей-доноров. Напротив, способность дорсальных вегетативных клеток индуцировать мезодерму в течение этого периода снижается (Gimlich, 1985; Boterenbrood, Nieuwkoop, 1973). По-видимому, клетки дорсального вегетативною квадранта каким-то образом активируют (или продуцируют) факторы в клетках ДКЗ и окончательный фенотип «индуктивной мезодермы» развивается постепенно по мере того, как вегетативные клетки оказывают влияние на клетки краевой зоны, лежащие над ними.

Вентральные и боковые вегетативные клетки также играют определенную роль в спецификации мезодермы. Если наиболее дорсальные вегетативные клетки специфицируют осевые компоненты мезодермы (хорду и сомиты), то остальные вегетативные клетки детерминируют промежуточные (мышцы, мезенхима) и вентральные (мезенхима, кровь, пронефросы) мезодермальные структуры. Об этом свидетельствуют опыты по рекомбинации, результаты которых представлены в форме иллюстрированной таблицы на рис. 8.20 (Dale, Slack, 1987). Четыре вегетативных бластомера. взятых у 32-клеточного зародыша Xenopus. по отдельности соединяли с самым верхним ярусом клеток, взятым у меченного флуоресцеином зародыша ранней стадии. Как и ожидалось, наиболее дорсальная вегетативная клетка индуцировала в клетках анимального полюса образование дорсальных мезодермальных структур. Остальные вегетативные клетки обычно индуцировали в анимальных клетках образование либо промежуточных, либо вентральных мезодермальных структур. Эти опыты свидетельствуют о наличии двух четко различающихся индукционных процессов (один в наиболее дорсальных вегетативных клетках, индуцирующих дорсальные краевые клетки, и другой в остальных вегетативных клетках, индуцирующих промежуточную и вентральную мезодерму). Однако они не объясняют, чем процесс индукции промежуточных мезодермальных структур отличается от процесса индукции вентральных мезодермальных структур. Кроме того, данные этих авторов не вполне соответствуют карте презумптивных зачатков зародыша Xenopus, согласно которой большая часть промежуточных мезодермальных тканей происходит из вентральных краевых клеток.

Дейл и Cлэк (Dale, Slack, 1987) считают, что такое несоответствие можно объяснить действием третьего индуктивного сигнала, исходящего от дорсальных краевых клеток, который «дорсализирует» прилежащие к ним краевые клетки. Изолированные вентральные краевые клетки способны образовать в основном вентральные мезодермальные структуры. Если же эти клетки культивируют вместе с дорсальными краевыми клетками, то они образуют промежуточную мезодермальную ткань. Таким образом, имеются данные о трехступенчатой спецификации мезодермы (рис. 8.21): 1) индукция дорсальной мезодермы наиболее дорсальными вегетативными клетками; 2) индукция вентральной мезодермы другими вегетативными клетками: 3) дорсализация вентральных краевых клеток, прилежащих к дорсальным краевым клеткам, приводящая к образованию промежуточной мезодермы.