что такое дифференцировка клеток в процессе эмбрионального

Как сделать нейрон из фибробласта?

Как сделать нейрон из фибробласта?

Индуцированные нейрональные стволовые клетки, полученные трансдифференцировкой фибробластов человека, дифференцируются в нейроны in vitro. Окраска на маркеры нейронов: β-тубулин класса 3 (зелёный) и MAP2 (красный).

Автор

Редакторы

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Клеточная терапия в будущем может стать распространённым методом лечения различных заболеваний. В идеале для терапии нужно использовать собственные клетки пациента, чтобы избежать иммунного ответа. Эта статья посвящена современным методам изменения судьбы клетки и перспективам их использования в клеточной терапии.

Конкурс «био/мол/текст»-2013

Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2013 в номинации «Лучшее новостное сообщение».

Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.

Клеточная терапия — одно из наиболее перспективных направлений медицины. Замещение поврежденных или не функционирующих клеток может стать методом лечения болезней, на сегодняшний день считающихся неизлечимыми. В целом клеточную терапию можно разделить на несколько направлений: трансплантация клеток-предшественников, взрослых стволовых клеток, трансплантация дифференцированных клеток, готовых к выполнению своих функций, и трансплантация генетически модифицированных клеток с исправленными дефектами. Сейчас использование клеточной терапии в практике ограничивается переливанием крови и трансплантацией костного мозга.

Для широкого применения клеточной терапии в лечении заболеваний необходимо решить несколько проблем. Во-первых, введение чужеродного клеточного материала вызывает иммунологическое отторжение. При переливании крови следят за совместимостью группы крови и резус-фактора донора и пациента. При пересадке органов и костного мозга приходится учитывать совпадение антигенов главного комплекса гистосовместимости, что существенно ограничивает возможность вовремя найти донора. И даже при использовании «совместимого» материала реципиенты вынуждены принимать иммунодепрессанты в течение всей жизни.

Во-вторых, возможность получить клетки донора физически ограничена — доступны лишь некоторые клеточные типы — например, клетки костного мозга, но доступное количество даже этих клеток может быть недостаточным для лечения. Если же говорить про нейроны, гепатоциты и другие специализированные клетки, то их практически невозможно получить. В-третьих, дифференцированные клетки взрослого организма чаще всего уже неспособны к делению, находятся в своей клеточной нише и непригодны для пересадки.

Заболевания нервной системы, связанные с нарушением функционирования и гибелью нейронов, такие как болезни Альцгеймера и Паркинсона, в настоящее время не поддаются лечению. Рассеянный склероз — болезнь, связанная с демиелинизацией аксонов в центральной и периферической нервной системе, также неизлечима. В то же время известно, что, например, признаком болезни Паркинсона является гибель дофаминергических нейронов в черной субстанции среднего мозга, а при рассеянном склерозе выработку миелина прекращают олигодендроциты. Клеточная терапия и трансплантация функциональных нейральных клеток могут быть перспективным подходом для лечения таких заболеваний.

Ниже будут рассмотрены различные способы получения нейральных клеток для клеточной терапии, перспективы применения и имеющиеся проблемы.

Клеточная судьба, и как ее изменить

Всё разнообразие типов клеток в нормальном развитии — нейроны, клетки кожи, крови, печени и другие — формируется в результате деления и дифференцировки одной клетки — зиготы. Зигота образуется при слиянии гамет — ооцита и сперматозоида. Затем в результате клеточного деления формируется группа клеток — морула. Далее образуется полость — бластоцель; эта стадия эмбрионального развития называется бластоцистой. Наружные клетки — трофобласт — будут участвовать в имплантации и формировании плаценты, а из внутренней клеточной массы разовьются все типы клеток эмбриона. Эмбриональное развитие можно представить как дерево, в основе которого лежит одна клетка (зигота), а ветви, отходящие от ствола, символизируют последовательную дифференцировку клеток. Аналогия со стволом удобна еще и тем, что из клеток внутренней клеточной массы получают эмбриональные стволовые (ЭС) клетки, о которых пойдет речь дальше. Клетки внутренней клеточной массы — недифференцированные: они способны стать клетками любого типа. Каждое ветвление дерева — выбор судьбы в процессе дифференцировки, специализация клеток и сужение спектра дифференцировки. Сначала происходит разделение на три зародышевых листка — эндодерму, мезодерму и эктодерму. Можно дополнительно выделить зародышевый путь, будущие гаметы. Очень схематично дальнейшее развитие можно представить как формирование клеток таких органов как почки, лёгкие, желудок из энтодермы; мышц, сердца, селезенки, крови — из мезодермы; нервной системы и эпидермиса — из эктодермы. Способность к делению и дифференцировке в клетки — производные трех зародышевых листков — называется плюрипотентностью. Программа развития осуществляется путем последовательной активации различных групп транскрипционных факторов, которые регулируют экспрессию множества генов. На экспрессию генов влияют как внутренние факторы, так и внешние сигналы, например получаемые от окружающих клеток. Поддержание жизнедеятельности органов и тканей осуществляют взрослые стволовые клетки. Различные типы стволовых клеток уже были рассмотрены на «биомолекуле»: «Ствол и ветки: стволовые клетки» [1].

В экспериментальных системах и в некоторых случаях в нормальном развитии возможно изменение судьбы клеток (рис. 1). Если дифференцировка — превращение недифференцированной клетки в дифференцированную, то обратный процесс называется дедифференцировкой. Превращение одного предшественника клеток в другой — трансдетерминация. Например, в процессе кроветворения гемопоэтические стволовые клетки дифференцируются в предшественников лимфоидного ряда (лимфоцитов и др.) и миелоидного ряда (гранулоциты, макрофаги, эритроциты и др.). Оказалось, что в экспериментальной системе можно вызвать трансдетерминацию — с помощью экспрессии транскрипционных факторов изменить судьбы предшественников миелоидного ряда так, что они дифференцируются в предшественников гранулоцитов и макрофагов, или, в другом эксперименте, в предшественники эритроцитов [2]. И, наконец, недавно была показана прямая дифференцировка — эмбриональные стволовые клетки можно напрямую дифференцировать в нейроны в результате экспрессии определенных транскрипционных факторов. Прямой такая дифференцировка названа из-за того, что обязательные в нормальном развитии стадии дифференцировки в этом случае отсутствуют. Наконец, превращение дифференцированной клетки одного типа в другой без прохождения стадий дедифференцировки — трансдифференцировка.

Рисунок 1. Различные пути изменения судьбы клетки. Нормальное развитие — дифференцировка тотипотентной зиготы в различные типы клеток с постепенным сужением потенциала к дифференцировке. В эксперименте можно изменить судьбу клетки — вызвать дедифференцировку, трансдетерминацию или прямую дифференцировку.

Все вышеописанные способы изменения судьбы клетки потенциально пригодны для использования в клеточной терапии. Ниже будут рассмотрены возможности применения этих подходов с акцентом на получении нейральных клеток и использовании относительно нового направления в исследованиях, трансдифференцировки.

Дифференцировка эмбриональных стволовых клеток в нейроны

Клетки внутренней массы бластоцисты в процессе нормального развития дифференцируются во все типы клеток взрослого организма. Оказалось, что эти клетки можно выделить in vitro и размножить в практически неограниченном количестве. Недифференцированные клетки в культуре, способные к неограниченному размножению и в определенных условиях к дифференцировке в специализированные типы клеток, были названы «эмбриональными стволовыми клетками». Впервые ЭС клетки были получены Эвансом и Кауфманом из бластоцист мыши [3]. В 1998 году Томсон получил ЭС клетки человека [4]. Появление плюрипотентных ЭС клеток открыло новые перспективы клеточной терапии. Исследователи смогли получить путем дифференцировки ЭС клеток в различные типы клеток, в том числе и нейроны.

Следует отметить некоторые проблемы, связанные с применением ЭС клеток в медицине. Некоторые люди считают неэтичным разрушение эмбрионов человека даже на такой ранней стадии развития как бластоциста. Недавно было показано, что линии эмбриональных стволовых клеток можно получать и без разрушения эмбриона — из отдельных бластомеров, однако процедура изъятия бластомера может быть не совсем безопасной [5]. В том числе из-за этических проблем число полученных линий ЭС клеток невелико. Это затрудняет использование полученных из ЭС клеток дифференцированных производных в клеточной терапии. Среди небольшого числа линий клеток сложно найти сходные по главному комплексу гистосовместимости, а значит, для большинства пациентов не удастся подобрать иммунологически совместимые трансплантируемые клетки.

Терапевтическое клонирование

Для клеточной терапии желательно использовать пациент-специфические клетки. В идеале это должны быть клетки самого пациента — тогда можно не опасаться иммунологического отторжения. И, конечно же, хотелось бы иметь собственные плюрипотентные клетки для каждого пациента, чтобы иметь возможность получения максимально возможного спектра дифференцированных клеток. Долгое время считалось, что стадия плюрипотентных клеток проходится в раннем эмбриональном развитии и возвращение в прошлое невозможно. Однако Джон Гёрдон показал, что это не совсем так. Оказалось, что если из ооцита лягушки убрать ядро (то есть энуклеировать) и подсадить ядро дифференцированной клетки, можно получить взрослое животное [6]. Это означает, что процесс развития можно обратить назад, вызвав дедифференцировку. Метод переноса ядра дифференцированной клетки в цитоплазму энуклеированного ооцита чаще всего не совсем корректно называют «клонированием». Впервые метод клонирования был успешно применен на млекопитающих в 1997 году, когда была получена овца Долли [7]. Затем были клонированы многие виды млекопитающих. Эффективность клонирования в большинстве случаев менее одного процента, а большинство клонированных животных имеют различные проблемы в развитии.

Помимо возможности создания «копий» животных клонирование потенциально открывает ещё одно перспективное направление. Конечно, клонирование человека недопустимо по этическим соображениям, в том числе и из-за ожидаемых нарушений в функционировании генома [8]. А что если остановиться на раннем этапе эмбрионального развития клона и получить плюрипотентные ЭС клетки из бластоцисты? Получение ЭС клеток путем клонирования было названо терапевтическим клонированием (рис. 2). В теории терапевтическое клонирование позволяет решить проблему получения пациент-специфических клеток. Однако для этого метода также есть ограничения. Впервые ЭС клетки человека удалось получить путем клонирования в 2013 году [9]. Несмотря на достаточно высокую эффективность клонирования, для получения ЭС клеток нужны ооциты высокого качества, а значит, для получения даже одной линии ЭС клеток необходимо использовать много ооцитов. А это, в свою очередь, вызывает морально-этические проблемы. Кроме того, при клонировании ЭС клетки будут иметь митохондрии донора ооцитов. Это может быть плюсом для лечения заболеваний, связанных с мутациями митохондриального генома, но, возможно, другой гаплотип митохондриальной ДНК будет вызывать иммунный ответ. Недавние исследования позволили обойти необходимость использования ооцитов донора для индукции плюрипотентности.

Рисунок 2. Методы изменения судьбы клетки для клеточной терапии. Получение плюрипотентных клеток с последующей дифференцировкой и трансдифференцировка позволяют получить нейроны из фибробластов.

Индуцированная плюрипотентность

Эксперименты по клонированию показали возможность дедифференцировки специализированных клеток. Считается, что цитоплазма ооцита содержит некие репрограммирующие факторы, которые могут изменить функционирование генома дифференцированной клетки и вернуть в плюрипотентное состояние. По-видимому, это какие-то транскрипционные факторы, необходимые для осуществления программы развития. На сегодняшний день неизвестно, какие факторы ооцита обладают репрограммирующей активностью и сколько их. Можно только предположить, что это многокомпонентная система с большим количеством факторов.

Возможность репрограммирования генома дифференцированной клетки при клонировании заинтересовала японского исследователя Синъя Яманака. Если найти репрограммирующие факторы ооцита не удаётся, может быть, можно попробовать подобрать их «с чистого листа»? Яманака установил, что для изменения клеточной судьбы необходимо лишь четыре транскрипционных фактора: Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc [10], [11]. Полученные клетки по своим свойствам практически полностью соответствовали ЭС клетками и были названы индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК) (Рис. 2). Уже через год после первой публикации были получены ИПСК человека [12], [13]. В дальнейшем была показана возможность изменения судьбы не только эмбриональных, но и полученных из кожи фибробластов взрослого человека, а также других типов клеток. В 2012 году Джон Гёрдон и Синъя Яманака получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за открытие возможности репрограммирования дифференцированных клеток в плюрипотентные [14].

Таким образом, в настоящее время есть возможность получения пациент-специфических плюрипотентных клеток из клеток кожи. ИПСК практически не отличаются по своим свойствам от ЭС клеток и в то же время их получение не связано с этическими запретами. Как и ЭС клетки, ИПСК можно дифференцировать во многие типы клеток, в том числе нейроны. Казалось бы, технология создания пациент-специфическихплюрипотентных клеток позволит уже завтра использовать клеточную терапию, однако нерешенные проблемы еще остались.

Дифференцировка плюрипотентных клеток in vitro — крайне неэффективный процесс. Хотим ли мы получить из ЭС клеток или ИПСК нейроны, кроветворные клетки или же кардиомиоциты, лишь незначительный процент исходных клеток будет соответствовать ожидаемому типу клеток. Дифференцировка in vitro имитирует нормальный процесс дифференцировки in vivo, наши знания о котором ограничены. Кроме того, при дифференцировке in vitro мы можем добавлять в среду для культивирования различные ростовые факторы, но в большинстве случаев не можем смоделировать клеточное окружение. А ведь для правильной дифференцировки необходимы сигналы окружающих клеток, которые, в свою очередь, зависят от взаимодействия многих типов клеток. Таким образом, даже получив нужную популяцию клеток, мы не можем быть полностью уверены в том, что дифференцировка прошла правильно. Проверить это можно, сравнив профили экспрессии генов в норме и в полученном в результате дифференцировки типе клеток и проверив их функциональность. Такая проверка, конечно, проводится на модельных животных, а не на человеке, и не всегда понятно, можно ли считать, что клетки, доказавшие выполнение своей специализированной функции на модельных животных, будут корректно функционировать в организме человека.

Еще одна проблема — потенциальная онкогенность плюрипотентных клеток. Если плюрипотентные клетки ввести в организм без предварительной дифференцировки, они формируют доброкачественную опухоль (тератому), пытаясь обеспечить эмбриональное развитие, несмотря на отсутствие необходимых сигналов. Неполностью дифференцированные производных плюрипотентных клеток также опасны, поэтому необходимо очень тщательно отделять прошедшие дифференцировку клетки от сохранивших потенциал к развитию. Кроме того, сам процесс репрограммирования может вызывать появление генетических и эпигенетических нарушений [15]. Один из подходов, позволяющих обойти проблему онкогенности, представлен ниже.

Трансдифференцировка: нейрон из фибробласта

После того, как были получены ИПСК, стало ясно, что для изменения судьбы клетки может хватить всего лишь нескольких транскрипционных факторов. Дальнейшее развитие технологии позволило получить ИПСК без интеграции трансгенов доставкой репрограммирующих факторов с помощью модифицированной РНК, безъинтеграционными вирусами или, в недавней работе, с использованием для репрограммирования только набора химических веществ [16]. Таким образом, проблема инсерционного мутагенеза практически решена, однако индукция плюрипотентности увеличивает и онкогенный потенциал клеток. Может быть, можно обойтись без шага индуцированной плюрипотентности и сразу получать желаемый тип клеток?

Многие исследователи сосредоточили свое внимание на получении нейронов с использованием фибробластов в качестве исходного материала для трансдифференцировки. Выбор фибробластов как для дедифференцировки, так и для трансдифференцировки не случаен. Фибробласты — относительно гомогенная популяция клеток, их можно легко получить из взрослого организма, взяв небольшой кусочек кожи и размножив in vitro. Для получения нейронов был использован тот же методический подход, что и для ИПСК. Были отобраны 19 транскрипционных факторов, экспрессия которых выявлена в нейронах, сделаны лентивирусные векторы, несущие гены транскрипционных факторов, и проведено заражение фибробластов мыши. Получив клетки, имеющие маркеры нейронов, исследователи постепенно установили минимальный необходимый набор репрограммирующих факторов: Ascl1, Brn2 и Mytl1 [17]. Полученные нейроны обладали способностью формировать синапсы, а эффективность их получения достигала 19,5%. Нужно отметить, что в этих экспериментах была получена смесь нейронов нескольких типов, то есть такие нейроны пока непригодны для клеточной терапии. В дальнейшем, аналогичным методом были получены нейроны из фибробластов человека, в том числе моторные и дофаминергические нейроны. Одна из проблем этого метода — в большинстве работ эффективность получения нейронов не превышает нескольких процентов, что не дает получить их в достаточном количестве. Но эту проблему решает следующая модификация метода.

Нейральные стволовые клетки из фибробластов

Итак, получение нейронов из фибробластов ограничено количеством фибробластов. Кроме того, использование функциональных нейронов для клеточной терапии затруднительно — нейроны формируют многочисленные отростки, и их уже не удается пересадить без гибели клеток, так как отростки при этом разрушаются. А что, если получать не функциональные нейроны, а нейрональные стволовые клетки? Эти клетки обладают потенциалом как к делению, так и к дифференцировке в основные нейральные типы клеток: нейроны, глию и олигодендроглию. И действительно, было показано, что экспрессия всего одного транскрипционного фактора — Sox2 — позволяет получить и затем размножить in vitro нейрональные стволовые клетки, а при их дифференцировке — нейрональные клеточные типы [18]. По-видимому, именно получение нейрональных стволовых клеток — будущее клеточной терапии.

Проблемы клеточной терапии заболеваний нервной системы

Несмотря на развитие клеточных технологий, остается множество нерешенных проблем. Общая проблема клеточной терапии — отторжение трансплантированного материала иммунной системой. Одно из решений — использование клеток самого пациента после дедифференцировки или трансдифференцировки. Для терапии заболеваний центральной нервной системы пациент-специфические клетки могут и не потребоваться. Мозг является иммунопривилегированным органом, что позволяет трансплантировать клетки, не учитывая гистосовместимость. Следующая проблема связана с выбором клеток для трансплантации. Допустим, in vitro получены дофаминергические нейроны для лечения болезни Паркинсона. При переносе функциональных нейронов клетки, скорее всего, погибнут из-за поломки отростков. Возможное решение — трансплантация клеток-предшественников, которые пройдут последние стадии дифференцировки уже «на месте».

Трансплантация нейрональных клеток в мозг имеет и другие подводные камни. Не совсем понятно, сколько введенных клеток выживет после переноса. Кроме того, они трансплантируются в систему, в которой связи между клетками уже сформированы. Смогут ли введенные нейроны сформировать новые связи с окружением и корректно функционировать в этой системе? Также, остается проблема возможной онкогенности вводимых клеток.

И, тем не менее, в настоящее время клеточная терапия всё ближе продвигается к практическому применению. Современные клеточные технологии позволяет получать многие типы клеток и даже органы in vitro. Так, из плюрипотентных клеток мыши в 3D культуре было выращено внутреннее ухо [19] и аналог глазного бокала [20]. Эксперименты на модельных животных показывают принципиальную возможность использования клеточной терапии для лечения некоторых заболеваний. Однако для широкого применения новых технологий в медицине необходимо решить большое количество этических и методических проблем.

Источник

Дифференцировка клеток

Дифференцировка клеток — процесс реализации генетически обусловленной программы формирования специализированного фенотипа клеток, отражающего их способность к тем или иным профильным функциям. Иными словами, фенотип клеток есть результат координированной экспрессии (то есть согласованной функциональной активности) определённого набора генов.

В процессе дифференцировки менее специализированная клетка становится более специализированной. Например, моноцит развивается в макрофаг, промиобласт развивается в миобласт, который образуя синцитий, формирует мышечное волокно. Деление, дифференцировка и морфогенез— основные процессы, путём которых одиночная клетка (зигота) развивается в многоклеточный организм, содержащий самые разнообразные виды клеток. Дифференцировка меняет функцию клетки, её размер, форму и метаболическую активность.

Дифференцировка клеток происходит не только в эмбриональном развитии, но и во взрослом организме (при кроветворении, сперматогенезе, регенерации поврежденных тканей).

Содержание

Потентность

Общее название для всех клеток, ещё не достигших окончательного уровня специализации (то есть способных дифференцироваться), — стволовые клетки. Степень дифференцированости клетки (её «потенция к развитию») называется потентностью. Клетки, способные дифференцироваться в любую клетку взрослого организма, называются плюрипотентными. Для обозначения плюрипотентных клеток в организме животных используется также термин «эмбриональные стволовые клетки». Зигота и бластомеры являются тотипотентными, так как они могут дифференцироваться в любую клетку, в том числе и в экстраэмбриональные ткани.

Дифференцировка клеток млекопитающих

Самая первая дифференцировка в процессе развития эмбриона происходит на этапе формирования бластоцисты, когда однородные клетки морулы, разделяются на два клеточных типа: внутренний эмбриобласт и внешний трофобласт. Трофобласт участвует в имплантации эмбриона и дает начало эктодерме хориона (одна из тканей плаценты). Эмбриобласт даёт начало всем прочим тканям эмбриона. По мере развития эмбриона клетки становятся всё более специализированными (мультипотентные, унипотентные), пока не станут окончательно дифференцировавшимися клетками, обладающими конечной функцией, как например, мышечные клетки. В организме человека насчитывается порядка 220 различных типов клеток.

Небольшое количество клеток во взрослом организме сохраняют мультипотентность. Они используются в процессе естественного обновления клеток крови, кожи и др., а также для замещения повреждённых тканей. Так как эти клетки обладают двумя основными функциями стволовых клеток — способностью обновляться, поддерживая мультипотентность, и способностью дифференцироваться — их называют взрослыми стволовыми клетками.

Дедифференцировка

Дедифференцировка — это процесс, обратный дифференцировке. Частично или полностью дифференцировавшаяся клетка возвращается в менее дифференцированное состояние. Обычно является частью регенеративного процесса и чаще наблюдается у низших форм животных, а также у растений. Например, при повреждении части растения клетки, соседствующие с раной, дедифференцируются и интенсивно делятся, формируя каллус. При помещении в определённые условия клетки каллуса дифференцируются в недостающие ткани. Так при погружении черенка в воду из каллуса формируются корни. С некоторыми оговорками к явлению дедифференцировки можно отнести опухолевую трансформацию клеток.

Источник

Что такое дифференцировка клеток в процессе эмбрионального

В развитии низших и высших позвоночных отчетливо прослеживается единая общебиологическая закономерность, выражающаяся в появлении зародышевых листков и обособлении основных зачатков органов и тканей. Процесс образования тканей из материала эмбриональных зачатков составляет суть учения о гистогенезах.

Эмбриональный гистогенез, по определению А.А. Клишова (1984), — это комплекс координированных во времени и пространстве процессов пролиферации, клеточного роста, миграции, межклеточных взаимодействий, дифференциации, детерминации, программированной гибели клеток и некоторых других. Все названные процессы в той или иной мере протекают в зародыше, начиная с самых ранних стадий его развития.

Пролиферация. Основной способ деления тканевых клеток — это митоз. По мере увеличения числа клеток возникают клеточные группы, или популяции, объединенные общностью локализации в составе зародышевых листков (эмбриональных зачатков) и обладающие сходными гистогенетическими потенциями. Клеточный цикл регулируется многочисленными вне- и внутриклеточными механизмами. К внеклеточным относятся влияния на клетку цитокинов, факторов роста, гормональных и нейрогенных стимулов. Роль внутриклеточных регуляторов играют специфические белки цитоплазмы. В течение каждого клеточного цикла существуют несколько критических точек, соответствующих переходу клетки из одного периода цикла в другой. При нарушении внутренней системы контроля клетка под влиянием собственных факторов регуляции элиминируется апоптозом, либо на некоторое время задерживается в одном из периодов цикла.

Метод радиографического анализа клеточных циклов в различных тканях выявил особенности соотношения клеточной репродукции и дифференцировки. Например, если в тканях (кроветворные ткани, эпидермис) имеется постоянный фонд пролиферирующих клеток, за счет которых обеспечивается непрерывное возникновение новых клеток взамен погибающих, то эти ткани относятся к обновляющимся. Другие ткани, например, некоторые соединительные, характеризуются тем, что в них увеличение количества клеток происходит параллельно с их дифференцировкой, клетки в этих тканях характеризуются низкой митотической активностью. Это растущие ткани. Наконец, нервная ткань характеризуется тем, что все основные процессы репродукции заканчиваются в период эмбрионального гистогенеза (когда формируется основной запас стволовых клеток, достаточный для последующего развития ткани). Поэтому она отнесена к стабильным (стационарным) тканям. Продолжительность жизни клеток в обновляющихся, растущих и стабильных тканях разная.

Наряду с обновлением клеточной популяции, в самих клетках постоянно наблюдается обновление внутриклеточных структур (внутриклеточная физиологическая регенерация).

Клеточный рост, миграция и межклеточные взаимодействия. Рост клеток проявляется в изменении их размеров и формы. При усилении функциональной активности и внутриклеточных биосинтезов наблюдается увеличение объема клетки. Если объем клетки превышает некую норму, то говорят о ее гипертрофии, и наоборот, при снижении функциональной активности происходит уменьшение объема клетки, а при переходе некоторых нормативных параметров возникает атрофия клетки. Рост клетки не беспределен и определяется оптимальным ядерно-цитоплазменным отношением.

Важное значение для гистогенеза имеют процессы перемещения клеток. Миграция клеток наиболее характерна для периода гаструляции. Однако и в период гисто- и органогенеза происходят перемещения клеточных масс (например, смещения миобластов из миотомов в места закладки скелетных мышц; движение клеток из нервного гребня с образованием спинномозговых ганглиев и нервных сплетений, миграция гоноцитов и т. д.). Миграция осуществляется с помощью нескольких механизмов. Так, различают хемотаксис — движение клеток в направлении градиента концентрации какого-либо химического агента (перемещения спермиев к яйцеклетке, предшественников Т-лимфоцитов из костного мозга в закладку тимуса).

Гаптотаксис — механизм перемещения клеток по градиенту концентрации адгезионной молекулы (движение клеток протока пронефроса у амфибий по градиенту щелочной фосфатазы на поверхности мезодермы). Контактное ориентирование — когда в какой-либо преграде остается один канал для перемещения (описан у рыб при образовании плавников).

Контактное ингибирование — этот способ перемещения наблюдается у клеток нервного гребня. Суть способа заключается в том, что при образовании ламеллоподии одной клеткой и контакта ее с другой клеткой, ламеллоподия прекращает рост и постепенно исчезает, но в другой части мигрирующей клетки при этом формируется новая ламеллоподия.

В процессе миграции клеток важную роль играют межклеточные взаимодействия. Существует несколько механизмов такого взаимодействия (контактного и дистантного). Выделяется большая группа молекул клеточной адгезии (МКА). Так, кадгерины — это Са2+-зависимые МКА, отвечают за межклеточные контакты при образовании тканей, за формообразование и др. В молекуле кадгерина различают внеклеточный, трансмембранный и внутриклеточный домены. Например, внеклеточный домен ответственен за адгезию клеток с одинаковыми кадгеринами, а внутриклеточный — за форму клетки. Другой класс МКА — это иммуноглобулиновое суперсемейство Са2+-независимых МКА, обеспечивающих, например, адгезию аксонов к сарколемме мышечных волокон, или миграцию нейробластов вдоль радиальных глиоцитов в закладке коры большого мозга и др. Следующий класс МКА — это мембранные ферменты — гликозилтранферазы. Последние по типу «ключ-замок» соединяются с углеводными субстратами — гликозаминогликанами надмембранного комплекса клетки, осуществляя таким образом прочное сцепление клеток.

Кроме механизмов межклеточного взаимодействия, существуют механизмы взаимодействия клеток с субстратом. Они включают формирование рецепторов клетки к молекулам внеклеточного матрикса. К последним относят производные клеток, среди которых наиболее изученными адгезионными молекулами являются коллаген, фибронектин, ламинин, тенасцин и некоторые другие. Коллагены, среди которых различают несколько десятков типов, входят в состав межклеточного вещества рыхлой волокнистой соединительной ткани, базальной мембраны и пр. Фибронектин, секретируемый клетками, является связывающей молекулой между мигрирующей клеткой и межклеточным матриксом. Ламинин — компонент базальной мембраны, также связывает мигрирующие клетки с межклеточным матриксом (справедливо по отношению к эпителиоцитам и нейробластам).

Для осуществления связи мигрирующих клеток с межклеточным матриксом клетки формируют специфические рецепторы. К ним относятся, например, синдекан, который обеспечивает контакт эпителиоцита с базальной мембраной за счет сцепления с молекулами фибронектина и коллагена. Интегрины клеточных поверхностей связывают с внеклеточной стороны молекулы внеклеточного матрикса, а внутри клетки — белки цитоскелета (например, актиновые микрофиламенты). Так возникает связь внутри- и внеклеточных структур, что позволяет клетке использовать для перемещения собственный сократительный аппарат. Наконец, существует большая группа молекул, формирующих клеточные контакты, осуществляющие коммуникацию между клетками (щелевые контакты), механическую связь (десмосомы, плотные контакты).

Дистантные межклеточные взаимодействия осуществляются путем секреции гормонов и факторов роста (ФР). Последние — это вещества, оказывающие стимулирующее влияние на пролиферацию и дифференцировку клеток и тканей. К ним относятся, например, ФР, полученный из тромбоцитов и влияющий на переход клеток в фазу размножения (гладких миоцитов, фибробластов, глиоцитов); эпидермальный ФР — стимулирует пролиферацию эпителиоцитов, производных эктодермы; ФР фибробластов — стимулирует пролиферацию фибробластов. Особо выделяется большая группа пептидов (соматотропины, соматомедины, инсулин, лактоген), влияющих на развитие клеток плода.

Факторы, тормозящие пролиферацию и дифференцировку клеток, также принимают кооперативное участие в процессах развития клеток и тканей. К ним относятся, например, бета-интерферон и трансформирующий ФР. Последний, однако, в отношении разных клеточных типов действует по-разному: блокирует размножение многих типов эпителиоцитов, но стимулирует размножение соединительнотканных клеток.

— Вернуться в оглавление раздела «гистология»

Источник