25.8: Определение

Во время эмбриогенеза клетки постепенно обретают разные судьбы в результате двухэтапного процесса: спецификации и последующего определения. Спецификация демонстрируется удалением сегмента раннего эмбриона, «нейтрально»; культивирование ткани in vitro - например, в чашке Петри с простой средой - и затем наблюдение за производными. Если в культивируемой области возникают типы клеток, которые она обычно генерирует в эмбрионе, это означает, что она определена. Напротив, определение происходит, если часть эмбриона удаляется и помещается в «ненейтральный»; окружающая среда - например, в чашке, содержащей сложную среду, дополненную множеством белков, или даже другую область самого эмбриона - и она по-прежнему генерирует ожидаемые производные. Спецификация и определение - это два последовательных этапа на пути развития клетки, которые предшествуют заключительной стадии дифференцировки, во время которой образуются зрелые ткани с уникальной морфологией и функциями.

In Vitro Демонстрация спецификации

Чтобы изучить спецификацию, исследователи должны сначала понять нормальные производные различных участков эмбриона. Для этого часто используются карты судеб, которые генерируются путем окрашивания или маркировки клеток на ранних этапах эмбрионального развития, культивирования целых эмбрионов и отслеживания того, где в конечном итоге попадают помеченные клетки. Например, такие методы, использованные на курице, продемонстрировали, что отдельные области, расположенные вне центра эмбриона (примерно в положениях на 9 часов и 3 часа), дают начало клеткам нервного гребня, которые способны к миграции и генерирует периферическую нервную систему.

Важно отметить, что эти области, предназначенные для нервного гребня, могут быть вырезаны на ранних стадиях гаструляции (когда эмбрион превращается в трехслойную структуру) & mdash; прежде, чем они начнут экспрессировать белковые маркеры или какие-либо отличительные особенности клеточного типа. . Когда любая подлежащая ткань, которая может быть источником сигнальных факторов, соскабливается, и эти эксплантаты культивируются в каплях коллагена в простой среде, они генерируют клетки, экспрессирующие типичные факторы транскрипции нервного гребня. Интересно, что некоторые клетки даже наблюдаются мигрирующими от тела фрагмента ткани, что является еще одной особенностью этой клеточной судьбы. Эти эксперименты продемонстрировали, что спецификация нервного гребня происходит на ранней стадии эмбрионального развития, и хотя большая часть этой работы была выполнена на цыплятах, более свежие данные предполагают подобный паттерн спецификации у кроликов; оба эти организма используются в качестве моделей эмбрионального развития человека.

Понимание спецификации сигнализации

После демонстрации спецификации области эмбриона исследователи также заинтересованы в определении того, как белковые сигналы & mdash; и положение ткани в самом эмбрионе & mdash; приводят к тому, что клетка направляется по определенному пути развития. Что касается нервного гребня, исследователи определили, что комбинация белков, в том числе костных морфогенетических белков и факторов роста фибробластов, исходящих из ткани, прилегающей к предполагаемому нервному гребню или лежащих в основе предполагаемого нервного гребня, индуцирует судьбу этой клетки. Такие сигналы, в свою очередь, вызывают экспрессию специфических белков в этих клетках, которые запускают их в путь нервного гребня.

У людей эмбрионы, незрелые клетки, которые могут образовывать любую ткань, постепенно становятся привержены определенному типу зрелой клетки с помощью двухэтапного процесса:спецификации и определения. Первый этап спецификации основывается на месте клетки в эмбриональном зародыше, то есть, где она лежит на дорсальной вентральной оси. И на сигналах, генерируемых её соседями.

Эти позиционные элементы открывают клетку уникальному сочетанию факторов, которое возникает в процессе развития, такому как нейронная формация. Если такие специфичные клетки были извлечены из эмбриона и помещены в нейтральные условия, например, на блюдо, содержащее базовую среду для роста, они все равно сформировали бы тип клетки, на который они настроены. В данном случае, нейроны.

Однако, если были бы добавлены белки или другие факторы, судьба клетки могла бы быть изменена, то есть, структуры, определенные для формирования нейронов можно было бы перенаправить на формирование другой ткани, например, кожи. Продолжение действий позиционных факторов внутри эмбриона заставляет специфицированные клетки перейдите ко второму этапу, самоопределению. На контрасте с предыдущим шагом, если определенные клетки удалены и установлены не в нейтральное положение, как новая эмбриональная область с различными сигналами, они по-прежнему образуют нейроны.

Судьба клетки не изменилась. Таким образом, клетки постепенно направляются к тканям определенного типа через последовательные действия спецификации и самоопределения, прежде чем они, наконец, дифференцируют, чтобы сформировать зрелые клетки, такие как нейроны с отличительными особенностями.