Механозависимые коллективные движения клеток у зародышей шпорцевой лягушки

• Автор: Трошина, Татьяна Геннадьевна
• Шифр специальности: 03.03.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 103 с. : ил.

Оглавление
Введение
Обзор литературных даннных
Механические модели морфогенза
Клетка как механически напряженная система
Механосенсоры живой клетки и внутриклеточные процессы, развивающиеся в
ответ на внешние механические воздействия
Роль механического напряжения в дифференцировке и
трансдифференцировке
Дуротаксис и тензотаксис - движение по градиенту жесткости
Гаструляция Хепория 1аеу1я: морофогенетические движения клеток
Молекулярный контекст и клеточные механизмы морфогенетических
движений в ходе гаструляции Х.1аеу1я
Цели и задачи работы
Материалы и методы
Результаты исследования
Обсуждение
Выводы
Список литературы
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Морфогенез, процесс реорганизации клеток и тканей, приводящий к образованию новых форм, является одной из неотъемлемых составляющих эмбрионального развития. Основными процессами, лежащими в основе морфогенеза являются: пролиферация клеток, клеточная дифференцировка, синтез и модуляция внеклеточного матрикса, клеточные движения (изменение взаимного положения клеток и клеточных пластов).
По характеру взаимодействия клеток клеточные движения можно разделить на миграцию отдельных клеток, миграцию клеточных пластов и перестройку клеточного пласта, приводящую к изменению топологии.
Клеточные движения являются одной из основ морфогенеза, поскольку они как непосредственно меняют форму развивающегося организма, так и вносят в морфогенез существенный опосредованный вклад. Так, морфогенетическая миграция клеток или изменение эмбриональной топологии (например, гаструляция) играют важную роль в классической индукции. Эти движения меняют клеточное окружение, в результате чего становится возможным запуск индукций из-за возникновения новых клеточных взаимодействий. Например, в эмбрионах Drosophila, сегментированная экспрессия гомеогена labial в энтодерме индуцируется ее близостью к висцеральной мезодерме, которая в свою очередь экспрессирует ген ultrabitorax в парасегменте 7. Это приводит к полной и точной проекции мезодермальных сегментов на изначально несегментированную энтодерму (Reuter et al, 1990).
В настоящее время не существует единой модели, объединяющей все факторы, влияющие на морфогенез, скорее имеется множество моделей, рассматривающих влияние каждого конкретного фактора на процесс в целом.
Простейшие модели морфогенеза основаны на предположении о наличии градиентов химических веществ (морфогенов) внутри тела зародыша. Такими являются реакционно-диффузионные модели Тьюринга (1952 г.) и Гирера-Майнхардта (1977 г.), одноградиентная “модель французского флага”

Вольперта (1978 год) (цит. по Gilbert, 2000). Все эти модели требуют наличия предварительной химической разметки, которая определяет поведение клеток. Структура самой разметки никак не обусловлена морфогенетическими процессами. По этой причине модели такого рода не могут объяснить отрезки морфогенеза, достаточно протяженные по времени, так как в процессе формообразования положение клеток в целом зародыше постоянно меняется, а ни одна из этих моделей не предусматривает связь между химическими градиентами и морфогенетическими движениями. Кроме того, если предположить, что данная разметка создается благодаря дифференциальной активности различных клеток зародыша, секретируюгцих определенные вещества, то придется признать, что эти клетки уже были специализированы, т.е. химическая разметка - это вторичное, а не первичное явление. Все вышесказанное позволяет предположить, что хотя химическая регуляция, безусловно, играет существенную роль в процессах развития, влияет она скорее на дифференцировку клеток, в то время как формообразование нуждается в других способах регуляции.
Исследования, выполненные на различных типах клеточных культур, показывают, что изменения баланса механических сил взаимодействия между клетками и клеток с внеклеточным матриксом могут контролировать все виды клеточного поведения, необходимые для развития целостной ткани. (Folkman and Moscona 1978; Ben-Ze'ev et al., 1980; Glowacki et al., 1983; Li et al., 1987; Ben Ze'ev et al., 1988; Ingber and Folkman 1989; Opas 1989; Ingber 1990; Mooney et ah, 1992; Singhvi et ah, 1994; Chen et ah, 1997; Dike et ah, 1999; Niland et ah, 2001). To обстоятельство, что механические силы взаимодействия контролируют клеточное поведение, подтверждает и феномен движения клеток по градиенту жесткости - дуротаксис (Isenberg B.C. et al, 2009).
Таким образом, очевидна роль механического фактора на клеточном уровне. Однако исследования, посвященные влиянию механических факторов на эмбриогенез в целом, и на морфогенез в частности, малочисленны и разрозненны как по целям, так и по методическим подходам.

• интеркалирующие клетки не меняют направление интеркаляции и не деинтеркалируют (необратимость).
• интеркалирующие клетки и их соседи поддерживают свою форму и не реорганизируются в том же объеме (поддержание клеточной формы) (Davidson et al., 2010).
При использовании генных конструктов была продемонстрировано, что неканонический wnt-путь необходим для конвергентного растяжения у эмбрионов позвоночных. (Heisenberg et al., 2000; Tada and Smith, 2000; Wallingford et al., 2000). Этот путь является гомологом хорошо изученного РСР-пути, регулирующего морфогенез кутикулы насекомых. Для морфогенеза кутикулы насекомых обнаружено, что с помощью этого сигнального пути полярность ткани связывается с полярностью отдельных клеток: на дистальных и латеральных концах клеток поляризованного эпителия функционируют разные регуляторные белки (Amonlirdviman et al., 2005). Ассиметричное расположение белков РСР-комплекса также зависит от обратных связей между поверхностями соседних клеток: поляризованная клетка способна поляризовать соседние клетки в том же направлении. Во время гаструляции X.laevis также показано ассиметричное расположение ряда белков Wnt-пути на мембранах клеток. В частности, ключевой белок канонического и неканонического Wnt-пути Dsh был найден в большем количестве в медиальных и латеральных областях мембраны интеркалирующих клеток (Kinoshita et al., 2003).
В исследованиях РСР-пути эпителия дрозофилы установлено, что за поляризованность ткани и за выбор направления поляризации ответственны разные механизмы (Yang et al., 2002; Simon 2004). В настоящее время, как относительно конвергентного удлинения Xenopus, так и относительно образования эпителия крыла Drosophila, источник поляризации процесса остается невыясненной.
Оказалось, что правильное функционирование неканонического wnt-пути важно для построения богатого фибронектином внутриклеточного матрикса,