Морфологический и молекулярный аспекты повторной регенерации парной конечности низших позвоночных

• Автор: Никифорова, Алёна Игоревна
• Шифр специальности: 03.03.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ
2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
3. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
3.1.Регенерация конечности 11гос1е1а
3.2.Регенерация плавников АсИпор/егуи
4. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
4.1. Материалы
4.2. Методы
5. РЕЗУЛЬТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
1 .Исследования повторной регенерации конечности Р1еигос1е1е8 valtl (ребристого тритона)
2.Исследования регенерации плавников Ро1ур1епс1ае (многоперовых) и Ьер18081еш осиШш (пятнистой панцирной щуки)
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
7. ВЫВОДЫ
8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
9. ПРИЛОЖЕНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ
Среди модельных объектов исследований регенерации конечности наземных позвоночных хвостатые амфибии (Urodela) занимают особое положение, поскольку способны к полному восстановлению сформированной конечности после ампутации. Изучение регенерации конечности Urodela представляет самостоятельное направление в современной биологии. На текущем этапе развития исследований феномен регенерации конечности Urodela рассматривают, главным образом, с точки зрения проблемы реализации генетической программы регенерации (Geraudie, Ferretti, 1998; Alvarado, Tsonis 2006; Whited, Tabin, 2009 и 2010). Анализу подвергаются молекулярные механизмы, контролирующие как частные процессы клеточного уровня (де- и редифференцировки клеток регенерата, регуляция пролиферации) (Kragl et al., 2009), так и механизмы регенерационных морфогенезов (Gardiner, Bryant, 1996). Подавляющее большинство фактов свидетельствует о том, что регенерация конечности во многом повторяет ее развитие в норме, поэтому восстановленные конечности и интактные морфологически схожи. Установлено, что молекулярно-генетические механизмы развития конечности и регенерации в известной мере совпадают (Bryant et al., 2002; Stoik-Cooper et al., 2007). Однако понимания соответствия тех или иных компонентов генетической программы частным процессам гисто- и морфогенезов для обоих процессов не достигнуто. Или иными словами в настоящее время остается неясным молекулярный механизм, определяющий специфичность морфологии нормальной и восстановленной конечности Urodela. Поэтому представляться актуальным поиск новым подходов, направленных на решения данной проблемы.
Известно что, хвостатые амфибии сохраняют способность к регенерации на протяжении значительного отрезка онтогенеза (Полежаев, 1956),а также могут регенерировать конечность повторно, что было экспериментально исследовано еще в XVIII столетии Спалланцани. Общепринятым считается положение, что повторные регенерации конечности более редукционны. Однако особенности повторного восстановления структур конечности Urodela не были исследованы детально. Проблема реализации морфогенетической программы в серии повторных регенерации конечности связана с вопросом определения ширины коридора

изменчивости регенерационных морфогенезов, а также установлением пределов морфологической вариабельности восстановленных структур конечности. Самостоятельным направлением в исследовании повторных регенерации конечности Urodela является вопрос об особенностях реализации генетической программы регенерации в серии последовательных ампутаций. Пониманию специфических функций генов, задействованных в контроле регенерации конечности, могут помочь исследования, в которых оценка точности восстановления структур конечности после первой и повторных регенераций была бы дополнена анализом количественных и пространственно-временных характеристик экспрессии генов, регулирующих регенерационный процесс.
В качестве модельной системы для подобных исследований удобно остановить выбор на скелете свободной конечности Urodela, а в анализ эффективности генетического контроля регенерации включить гены, связанные с процессом его формирования. Нормальная морфология, а также естественная вариабельность строения скелета конечностей, описаны для многих представителей различных таксонов хвостатых амфибий (Aiberch, 1983; Dismore, Henken, 1986; Blanco, Aiberch, 1992; Shubin et al., 1995; Shubin, 1996 и др.), что позволяет проводить сравнения между строением скелета конечности в норме и после регенерации. На основе анализа естественной внутри- и межвидовой изменчивости было простроено несколько сценариев эволюционных преобразований дистальных отделов скелета конечности хвостатых амфибий, главным образом связанных с ее миниатюризацией (Henken, 1985; Shubin et al., 1995; Shubin, 1996). Редукционную тенденцию, проявляющуюся в уменьшении числа индивидуальных элементов, принято считать ведущей в эволюции конечности Urodela. Редукционные тренды, сопровождающее восстановление скелета конечности Urodela при регенерации, изучены менее детально (Dearlove, Dresden, 1976), однако экспериментально показано, что их проявление может отличаться от вариантов нормальной морфологии (Dismore, Henken, 1986). Таким образом, паттерн изменчивость морфологии скелета в серии повторных регенераций конечности может включать специфические варианты, не характерные для конечности в норме.

эндосколет плавника
Рисунок 3.2.3 Строение скелета грудного плавника Danio rerio по Grandel, Schulte-Merker, 1998. Кожная лопасть плавника включает костные лучи, мясистое основание -плавника внутренний скелет (эндоскелет).
сосуды. Костные лучи вместе составляют так называемый экзоскелет (Рис. 3.2.3) плавника и устроены следующим образом: каждый луч состоит из большого числа отдельных сегментов цилиндрической формы, отдельный сегмент включает две половинки, скрепленные вместе соединительнотканными волокнами, в центре сегмента костного луча проходят сосуды и нервы (Becerra et al., 1983). Отдельные полусегменты луча построены из минерального компонента и коллагеновых фибрилл (две составляющие костного матрикса). У некоторых видов лучеперых рыб, например у многоперов (Geraudie, 1988) костный матрикс может включать клетки (остеоциты), у других видов костная ткань лепидотрихий ацеллюлярна (Becerra et al., 1983). В индивидуальном развитии костные лучи закладываются под базальным эпителием плавниковой пластинки (Grandel, Schulte-Merker, 1998). Согласно Geraudie и Landis (Geraudie, Landis, 1982), матрикс костных лучей секретируют как эпидерамальные клетки, так и клетки мезенхимы (остеобласты, или склеробласты). Bouvet (Bouvet, 1974) исключал возможность участия эпидермальных клеток в секреции коллагенового матрикса костных лучей. В настоящее время данный вопрос остается открытым. Вероятно, наиболее продуктивной идей его решения является предположение о необходимости активного взаимодействия между эпителием и мезенхимой плавниковой пластинки в местах формирования будущих костных лучей (Sire, Huysseune, 2003).
Помимо свободной лопасти, плавник включает основание, посредством которого он крепится к поясу конечностей (парные плавники) или непосредственно