— шапочка эпидермальных клеток, ниже — нервная трубка, а под ней — рыхлое скопление гэнтодермальных клеток (рис. 11-4).

Еще один опыт. Дезагрегировали ткани зародышей цыпленка и мыши и смесь клеток выдерживали в условиях, способствующих реагрегации. При этом сначала тоже возникали аморфные агрегаты, в которых клетки различных тканей располагались случайным образом. Однако вслед за этим происходили рассортировка клеток и образование тканей. Так, если смешивали клетки развивающегося, хряща и почек куриного зародыша, опи реагрегировали, а затем рассортировывались. Клетки хряща образовывали компактную массу хряща с обычным для него полисахаридным матриксом, а клетки почек — типичные почечные канальцы (рис. 11-5). МноРис. 11-5. Дифференцировка почечных канальцев и хряща в смешанных агрегатах клеток почек и хряща цыпленка.

жество таких смесей было сделано из клеток развивающихся хряща, печени, почек, кожи, сетчатки и т. д., и всегда получали сходные результаты. Более того, используя радиоактивную метку» удалось показать, что клетки всех смешанных агрегатов рассортировываются с большой точностью.

Какова природа связей между клетками, обусловливающих их слипание? Известны следующие факты.

1. Для слипания клеток необходимы ионы кальция и магния. Удаление этих ионов или добавление веществ, которые быстро и специфически связывают кальций и магний, вызывает дезагрегацию тканей и агрегатов.

Важную роль в этом процессе, вероятно, играют белки клеточной поверхности. Так, мягкая обработка тканей или агрегатов ферментами, переваривающими белок, такими, например, как трипсин, вызывает дезагрегацию, не повреждая клеток. Добавление антител, которые реагируют только со специфическими белками клеточной поверхности, может предотвращать ре агрегацию.

3. Полисахариды играют роль цемента, связывающего клетки всех тканей. Ферменты, разрушающие полисахариды, обычно влияют на слипание клеток.

Уже упоминалось, что специфическое узнавание и рассортировка клеток осуществляются чрезвычайно точно. У низших организмов эти процессы ви до специфичны, а у высших — тканеспеци-ф>йчны. Например, будущие клетки сетчатки мыши и цыпленка образуют общий агрегат и в дальнейшем не рассортировываются, «а дифференцируются в единую ткань сетчатки. Однако клетки сетчатки мыши отсортировываются, если их смешивать с клетками другой ткани мыши или цыпленка. Будущие мышечные клетки мыши и крысы не только не рассортировываются, но сливаются (нормальный этап развития мышц), формируя гигантские-много-ядерные клетки, в которых позднее появляются мышечные волокна. Таким образом, различия в специфических отношениях между разными тканями сохранились в ходе эволюции.позвоночных, как и различия между птицами и млекопитающими.

Каков же механизм клеточного узнавания? В настоящее время наиболее привлекательно такое объяснение. Развиваясь в различных участках многоклеточного организма, клетки синтезируют специфические белки клеточной поверхности. Специфические ?елки узпают друг друга и образуют комплексы только между «обой, а не с другими белками. Комплексы между белками клеточной поверхности и, следовательно, слипание клеток возможны только в присутствии ионов кальция и магния. Как вы уже, вероятно, догадались, проблема клеточного узнавания и рассортировки клеток тесно связана с проблемой ракового роста. Клетки многих раковых опухолей не узнают ткани, из которых они произошли. Выселение раковых клеток из опухоли и их проникновение в другие части тела (так называемые метастазы) часто превращают операбельные опухоли в безнадежные. Раскрытие молекулярных основ клеточного узнавания может помочь контролировать развитие опухоли.

Диффсренцнровка клеток у зародышей позвоночных животных

Для того чтобы дать вам почувствовать всю сложность процессов дифференцировки клеток в развитии высших животных, опишем дифференцировку четырех тканей.

Эритропоэз

Обычная красная кровяная клетка человека (эритроцит) представляет собой двояковогнутый диск. Его диаметр равен 8 мк, а высота у края — 2, Концентрация гемоглобина — основного компонента эритроцита, осуществляющего транспорт кислорода, — эквивалентна концентрации в 30%-ном растворе! Другие белки присутствуют в следовых количествах. Впрочем, кроме гемоглобина, в клетке почти ничего и нет. Таким образом, в процессе дифферен-цировки клетка* синтезировавшая до этого мириады белков и дру-тих компонентов, необходимых для роста и поддержания жизнедеятельности, должна превратиться по существу в мешочек, наполненный гемоглобином и выполняющий только функцию транспорта кислорода из легких ко всем тканям организма. Продолжительность жизни зрелого эритроцита ограничена. У человека она равна приблизительно 120 дням, после чего эритроцит попадает в селезенку и разрушается. Из этого следует, что эритро-щиты образуются не только у зародышей, но у взрослых в течение всей их жизни.

Эритроциты происходят из блуждающих амебоидных клеток, источником которых является мезодерма.. Некоторые из этих ?странников образуются во внезародышевых частях (желточный мешок или амнион), которые обслуживают развивающийся зародыш и отбрасываются при рождении. Они дают начало эритроцитам только в ходе зародышевого развития. Другие оседают и растут в печени, костном мозге и селезенке зародыша. Печень является ?важнейшим источником эритроцитов у поздних зародышей и у новорожденных животных. У взрослых животных основными источниками эритроцитов становятся костный мозг и селезенка.

Некоторые амебоидные клетки превращаются в небольшие округлые клетки, называемые гематоцитобластдми. Это стволовые клетки, их потомки станут эритроцитами. Однако, кроме эритроцитов, из стволовых клеток образуются еще три вида белых кровяных клеток (лейкоцитов). Следовательно, на ранних этапах дифференцировки стволовых клеток они выбирают направление будущего развития. Этот выбор, вероятно, диктуется стимулами, исходящими из непосредственного окружения клеток.

Первая стадия эритропоэза — образование проэритробласта. Он значительно больше стволовой клетки и имеет небольшое ядро с большим ядрышком, много рибосом, митохондрий и хорошо развитый эндоплазматический ретикулум. Проэритробласт синтезирует ДНК и несколько раз делится, при этом образуется небольшая группа проэритробластов.

Затем проэритробласты превращаются эритробласты. При этом ядро клетки увеличивается, а ядрышко уменьшается (прекращается синтез рибосом). Эритробласты не делятся и не синтезируют ДНК. В это время меняется сродство хромосом к красителям. (Для цитолога это обычно означает, что произошли изменения в степени спирализации ДНК и в составе связанных с нею белков.) На этой же стадии в клетках впервые удается обнаружить гемоглобин.

Ядро мигрирует к краю клетки и располагается в небольшом выпячивании поверхности. Затем этот участок отделяется, а позднее поглощается и переваривается макрофагом. Энуклеиро-ванная клетка, называемая ретикулоцитом, попадает в кровяное русло. Ретикулопит очень активно синтезирует белок. При этом образуется почти исключительно гемоглобин. РНК больше не синтезируется. (Ядра нет, митохондрии дегенерируют.) На конечной стадии дифференцировки исчезают рибосомы и клетка принимает свой окончательный вид. Теперь это зрелый эритроцит. Процесс эритропоэза от гематоцитобласта до зрелого эритроцита занимает около 72 ч. Почти весь гемоглобин синтезируется в течение последних 24 ч после того, как ядро удалено из клетки. Следовательно, мРНК, необходимые для синтеза гемоглобина, должны были синтезироваться и перейти из ядра в цитоплазму задолго до начала синтеза гемоглобина.

Два вида гемоглобийа. Гемоглобин — глобулярный белок с молекулярным весом около 68000 дальтон, содержащий около 600 аминокислот. Это — полимер, построенный из 4 отдельных полипептидных цепей, двух а-цепей и двух р-цепей, удерживаемых электростатическими силами. С каждой полипептидной цепью соединена железосодержащая небелковая молекула, называемая гемом (Не). Белок принадлежит к классу молекул, называемая глобинами. Отсюда и название „гемоглобин". Структура молекулы— (Не)4СС2В2. После завершения синтеза субъединицы присоединяют молекулу гема и соединяются друг с другом.

Такова структура гемоглобина взрослых животных. У зародышей и новорожденных животных синтезируется несколько иной белок, называемый эмбриональным гемоглобином. Его структура— (Не) 40:272. Вместо двух Р-цепей он содержит две субъеди-ницы, слегка отличающиеся по аминокислотному составу и называемые v-цепями. ' У ранних зародышей синтезируется только эмбриональный гемоглобин. У поздних — начинают накапливаться эритроциты, содержащие обычный гемоглобин; они постепенно замещают эритроциты зародыша.

Генетические исследования показали, что в синтезе гемоглобина участвуют три гена, на каждом из них синтезируется мРНК для одного вида субъединиц. Очевидно, что на ранних стадиях развития плода функционируют гены, ответственные за синтез а- и 7-цепей. Позднее ген 7-цепи перестает работать, а вместо него активируется ген р-цепи. Пока не вполне ясно, каким образом это происходит. (Контроль синтеза гемоглобина мы обсудим позднее в гл. 15.)

Серповидноклеточная айемия—генетический дефект развития у человека. Небольшая часть черного населения Африки и еще меньшая часть средиземноморской популяции людей (евреи, североафриканские белые) имеют мутантный ген, вызывающий изменение структуры гемоглобина. Известно несколько таких мутаций. Каждая из них ведет к замене одной аминокислоты в одной из субъединиц. Например, в результате одной такой мутации одна молекула глутаминовой кислоты в а-цепи замещена лизином. Присутствие измененного полипептида очень мало меняет пространственную структуру гемоглобина. Но, как уже упоминалось, гемоглобин в эритроците присутствует в чрезвычайно высокой концентрации (30%) и не в виде раствора, а в виде особого рода жидкого кристалла. Упаковка гемоглобина в этом кристалле в конечном счете определяет форму эритроцита. Гемоглобин дикого типа расположен таким образом, что эритроцит имеет вид двояковогнутого диска. Мутантный. гемоглобин упаковывает