Клетки млекопитающих: программа развития
Программу развития индивидуальных клеток млекопитающих можно анализировать в клеточной культуре, так как появляется возможность непосредственного анализа как программ, контролирующих поведение клетки, так и межклеточных взаимодействий, управляющих клеточными делениями и дифференцировкой в процессе развития некоторых частей тела позвоночных.
Модельной системой для таких исследований является зрительный нерв крысы ( Hughes S.M. et al., 1988 , Raff M.C. et al., 1985 , Raff M.C. et al., 1983 , Richardson W.D. et al., 1988 , Temple S., Raff M.C., 1986 .) . Зрительный нерв - один из простейших элементов центральной нервной системы млекопитающих. Он содержит длинные аксоны нервных клеток сетчатки, направляющиеся от глаза к мозгу. Структурную и функциональную опору аксонов в нервах обеспечивают три типа глиальных клеток: олигодендроциты и два типа астроцитов , астроциты типа 1 и типа 2 ( рис. 16-37 ). Все три типа глиальных клеток различают с помощью антител, таким же образом различают глиальные клетки и клетки - предшественницы.
При исследовании клеток, выделенных из зрительного нерва на различных стадиях развития и помещенных в культуру, было показано, что три типа глиальных клеток (которые в норме делятся очень редко, если вообще делятся) возникают в различное время и происходят из двух ветвей генеалогического древа. Астроциты типа 1 возникают до рождения из клеток - предшественниц одного типа, а олигодендроциты и астроциты типа 2 образуются после рождения из другого типа клеток - предшественниц, именуемых " клетки - предшественницы 02А ". Олигодендроциты в норме возникают в момент рождения, астроциты типа 2 - через неделю после рождения.
После выяснения родословной этих клеток и времени их появления усилия исследователей были сконцентрированы на вопросе о том, какими правилами руководствуются клетки в своем поведении.
Если из эмбрионального зрительного нерва выделить клетки - предшественницы 02А и культивировать в отсутствие астроцитов типа 1, которые в норме являются соседями клеток 02А, то клетки 02А прекращают делиться и досрочно начинают дифференцироваться, при помещении в эту же культуру астроцитов типа 1 клетки 02А прекращают деление, и их дифференцировка задерживается до срока, соответствующего in vivo дню рождения. Оказалось, что действие астроцитов типа 1 связано с секретируемым ими фактором роста. Полагают, что этот фактор роста соответствует тромбоцитарному фактору роста ( ТФР или PDGF - platelet-derived growth factor ). Присутствие такого фактора приводит к предотвращению преждевременной дифференцировки клеток - предшественниц 02А, однако повышение концентрации этого фактора не затягивает дифференцировку по сравнению с нормой. Вероятно, клетки - предшественницы 02А эмбрионального зрительного нерва еще раньше принимают определенную программу развития, согласно которой по истечении определенного времени или через определенное число клеточных делений клетки теряют чувствительность к фактору роста и дифференцируются независимо от его наличия. Отдельные клетки - предшественницы 02А принимают такую программу в разное время и первые из них в норме начинают дифференцироваться в момент рождения.
Клетки 02А в культуре, развиваясь в условиях бессывороточной среды, дифференцируются только в олигодендроциты: для них это конститутивный путь развития или в терминах информатики развитие "по умолчанию". В противоположность этому, дифференцировка астроцитов типа 2 выглядит как индуцированный путь развития: клетки начинают такую дифференцировку под действием специфического белка, который можно выденить из зрительного нерва крысы. В значительных количествах этот белок синтезируется со второй недели развития, т.е. именно тогда, когда начинается дифференцировка астроцитов типа 2. Оказалось, что этот белок идентичен , или CNTF - ciliary neurotrophic factor ). Это позволяет предположить, что время синтеза ФРН определяет время дифференцировки астроцитов типа 2 в развивающемся нерве. До сих пор неясно, какие именно клетки синтезируют ФРН in vivo и какие факторы контролируют точное время начала его синтеза, однако известно, что в культуре этот фактор могут синтезировать астроциты типа 1.
Данные этих исследований еще раз подтверждают предположение о том, что развитие клеток представляет собой результат взаимодействия автономных процессов и поведения, контролируемого сигналами окружающей среды. Упрощенная модель программы межклеточного контроля представлена на рис. 16-38 . ( Hughes S.M. et al., 1988 , Raff M.C. et al., 1985 , Raff M.C. et al., 1983 , Richardson W.D. et al., 1988 , Temple S., Raff M.C., 1986 .)
