Механические факторы клеточной дифференцировки.
Еще в середине XX в. были получены данные, позволяющие предположить, что клеточные дифференцировки могут быть механозависимыми. Было показано, что при развитии глаз будущий пигментный эпителий расположен на той стороне глазного пузыря, которая при его преобразовании в бокал становится выпуклой и, следовательно, растягивается. Сетчатка, напротив, развивается из внутреннего, вогнутого (сжатого) слоя. При культивировании глазного зачатка в условиях, исключающих растяжение, он весь превращается в сетчатку, а в условиях распластывания — в пигментный эпителий. При нормальном развитии глазного зачатка его растяжение поддерживается силами внутриглазного давления. При устранении давления, например после прокола передней камеры глаза тонким капилляром, часть уже дифференцированного пигментного эпителия, выйдя из-под влияния сил натяжения, преобразуется в сетчатку.
Позднее механозависимость клеточных дифференцировок исследовалась уже на молекулярном уровне. Было показано, что механические напряжения непосредственно влияют также на скорость синтеза белков и нуклеиновых кислот и тем самым на процессы дифференцировки. Некоторые типы клеток (например, фибробласты, остеобласты, хондроциты) дифференцируются лишь будучи посеянными на механически растянутый субстрат и не дифференцируются, если этот же субстрат не растянут или если клетки находятся в суспензии. Напротив, эритроидные клетки синтезируют глобиновую мРНК и гемоглобин, находясь в суспензии, и не делают этого, если посажены на растянутый субстрат. В некоторых клетках (эндотелии кровеносных капилляров и легкого) для активации генов необходимы пульсирующие напряжения, аналогичные тем, которым эти клетки подвергаются в норме. Величина напряжений может быть очень малой: они порождаются периодическими изменениями скорости движения омывающей крови или заменяющей ее жидкости. В листьях Arabidopsis синтез белка кальмодулина, регулирующего работу многих ферментных систем, стимулируется даже дождем, ветром и легким надавливанием.
|
|
|
Механозависимым оказался по крайней мере один из генов, участвующих в развитии зародыша дрозофилы (ген Armadillo). Он экспрессируется в области эмбриональной глотки и активируется механическим давлением, которое в нормальном развитии исходит от клеток более задних отделов кишечной трубки. При устранении давления данный ген не проявляет своего действия, но его можно активировать искусственным давлением. Автор этого исследования (Э. Фарж) обнаружил также, что механическое давление способствует связыванию белка бета-катенина в клеточных ядрах. Как было показано выше, ядерный бета-катенин регулирует ряд ключевых процессов развития. В частности, он определяет дорсальную сторону зародыша амфибий и активирует гены, кодирующие факторы эмбриональной индукции. Таким образом, механические факторы участвуют в регуляции важнейших эмбриональных процессов.
|
|
|
По представлениям ряда авторов, ткани зародышей и взрослых организмов буквально «прошиты» сетью фибрилл (своеобразной«паутиной»), находящейся в напряженном состоянии. В межклеточных пространствах эта сеть состоит из элементов внеклеточного матрикса, в основном коллагена различных типов и фибронектина (последний компонент играет особую роль в тканях зародышей ранних стадий развития, где коллагена еще мало). Напряжения, возникающие во внеклеточном матриксе, через особые белки интегрины передаются на особые участки клеточной мембраны — преимущественно на так называемые фокальные контакты. Около них сосредоточены многие важные ферментные комплексы (начальные звенья внутриклеточных сигнальных последовательностей) и элементы цитоскелета — пучки микрофиламентов и промежуточных филаментов. Передающиеся на фокальные контакты механические напряжения могут запускать работу ряда внутриклеточных сигнальных путей, особенно тех, где в качестве вторичного посредника выступают ионы Са2+. Материальную непрерывность фибриллярных структур удается проследить и далее, вплоть до клеточного ядра: элементы цитоскелета либо связаны, либо непосредственно переходят в волокна так называемого ядреного матрикса, а последние связаны с ДНК интерфазных хромосом.
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 391; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!