Согласно концепции позиционной информации, клетка знает свое местоположение в зачатке органа и дифференцируется в соответствии с этим положением. Позиционную информацию клетка получает от других клеток. На цитоплазматической мембране информация о положении клетки и ее возможных перемещениях существует в виде определенного рисунка рецепторов. Тесная связь рецепторов клеточной мембраны с прилежащими к ней элементами цитоскелета обеспечивает изменение формы клетки и ее перемещение. Кроме того, цитоскелет связан и с белками ядерного матрикса, что обеспечивает передачу в ядро информации о положении клетки. К белковым структурам ядерного матрикса могут быть прикреплены точки начала репликации или транскрипции, и поэтому сигнал с рецепторов клеточной мембраны в конечном счете может изменить экспрессию генов или служить сигналом начала репликации и размножения клеток.

Клетка достигает состояния дифференцировки только при условии своевременного получения ею серии последовательных сигналов позиционной информации. Зона, в пределах которой эффективно действуют сигналы позиционной информации, называется

морфогенетическим полем.

План пространственной организации тела определяется очень рано, и в ходе дальнейшего развития детали морфогенеза уточняются. Каждый этап дифференцировки: оотипической, бластомерной, зачатковой и тканевой — характеризуется особой пространственной организацией частей будущего организма и определенными факторами (морфогенами), направляющими дальнейший ход морфогенеза.

Прежде чем рассмотреть отдельные этапы дифференцировки, необходимо подчеркнуть, что поведение клеток не является только их собственной функцией. Источник детерминации — неединичные клетки, их ядра или цитоплазма. Ни одно явление дифференцировки не может замыкаться в пределах отдельных клеток. Поведение каждой из них обусловлено специфическими интеграционными связями между клетками, которые возникают в ходе развития организма в определенных условиях существования, при непрерывно меняющихся условиях целостности. Как только в результате дробления возникают два первых бластомера, каждый из них становится неразрывной частью новой биологической системы, и его поведение определяется этой системой. Каждая стадия развития организма есть новое состояние целостности, интеграции.

1.2.Этапы дифференцировки

1.2.1.Оотипическая дифференцировка

Оотипическая дифференцировка протекает в ходе оплодотворения и представляет собой процесс, в результате которого возникают различия между отдельными частями зиготы, обеспечивающие разметку пространственной организации будущего зародыша. Оотипическую дифференцировку можно рассматривать как детерминацию последующих этапов развития и, в свою очередь, ей предшествует детерминация, которая происходит при овогенезе.

7

Так, в ходе овогенеза формируется зрелый овоцит, организация которого — это зеркало, где можно увидеть будущего зародыша.

Анимальный и вегетативный полюса овоцита формируют анимальновегетативную ось, которая является краниокаудальной осью (т. е. на анимальном полюсе будет головной, а на вегетативном — хвостовой конец зародыша), она однозначным образом ориентирует протекание многих морфологических процессов, например, расположение борозд последующего дробления. Строение и состав кортикального слоя на анимальном и вегетативном полюсах могут отличатся концентрацией различных включений, морфогенов, ионов, что, в свою очередь, влияет на функцию микрофиламентов, играющих транспортную роль. Микрофиламентарный слой кортекса ориентирует движение частиц ооплазмы и определяет более или менее точно их окончательную локализацию. Таким образом, еще неоплодотворенный овоцит оказывается определенным образом поляризованным.

У низших животных место проникновения сперматозоида предопределяет дорсовентральную ось. Наложение дорсовентральной оси на уже существующую краниокаудальную чисто геометрически определяет положение третьей — медиолатеральной оси. Таким образом, еще до дробления устанавливается план пространственной организации тела. Но у высших позвоночных факторы, определяющие этот план, менее ясны. Большое значение играет сегрегация цитоплазмы при оплодотворении, во время которой происходит перераспределение внутриклеточного материала, но оси симметрии устанавливаются, видимо, ко времени имплантации, и, возможно, их окончательная ориентировка является следствием дифференцировки, а не причиной.

Для концептуса человека оотипическая дифференцировка выражается не в окончательной детерминации частей зародыша, а в пространственной «разметке» ближайших процессов развития: делений при дроблении, движений при гаструляции и прочего.

1.2.2. Бластомерная дифференцировка

Бластомерная дифференцировка — это процесс формирования качественно разнородных бластомеров, которые, располагаясь определенным образом, детерминируют протекание дальнейших процессов, четко намечают пространственную организацию зародыша.

В начале дробления до стадии морулы бластомеры тотипотентны, но это свойство уже на стадии бластоцисты исчезает, что связано с дифференцировкой клеток и коммитированием определенных потенций. Какие же факторы обеспечивают дифференцировку на этом этапе?

Перераспределение морфогенов по разным бластомерам в результате сегрегации цитоплазмы, безусловно, играет существенную роль в активации

8

определенных генов, но новым фактором дифференцировки становится формирование межклеточных контактов, которые дают возможность бластомерам сообщаться между собой, и поэтому все более заметное влияние на дифференциальную экспрессию генов оказывают внешние факторы.

Таким образом, наряду с собственными морфогенами, на бластомеры начинают влиять новые факторы дифференцировки, среди которых главное место занимают контактные межклеточные взаимодействия.

К окончанию дробления обособляется две группы бластомеров, одна из которых — трофобласт — станет частью внезародышевого органа (хориона), а из другой — эмбриобласта — формируется собственно зародыш и другие внезародышевые органы. Бластомеры отличаются друг от друга даже внешне: по величине и форме, агрегатному состоянию цитоплазмы, количеству и размерам митохондрий, элементов цитоскелета, строению цитоплазматической мембраны и прочего. Внешние влияния на ядерный аппарат приводят к изменениям в цитоплазме, которые, в свою очередь, активируют генетический материал. В результате устанавливается основа для новых взаимодействий, которые являются не только следствием, но и причиной изменений.

Таким образом, бластомерная дифференцировка — это следующий шаг в морфогенезе организма, когда жестко устанавливаются пути обширных клеточных перемещений, происходящих в период гаструляции и обеспечивается детерминация определенных зачатков, а значит, зачатковая дифференцировка. Все эти изменения приводят к повышению общей интегрированности зародыша и к снижению способности его частей компенсировать повреждения.

1.2.3.Зачатковая дифференцировка

Входе гаструляции имеет место третий этап дифференцировки — зачатковая дифференцировка, когда зародыш становится трехслойным, формируются осевые органы, его пространственная организация становится вполне определенной, так как перемещения клеточных комплексов приводят к расстановке материала эмбриональных зачатков на окончательные места в организме.

Входе зачатковой дифференцировки происходит окончательная детерминация отдельных клеток.

Основным механизмом, обеспечивающим дифференцировку отдельных зачатков, является индукция.

Индукция — влияние одних структур на прилегающие к ним другие. Индукторами могут быть самые обычные факторы, такие как питательные вещества или кислород, уровень рН, определенная концентрация солей, а на более поздних стадиях развития — гормоны, медиаторы и множество еще не установленных химических веществ.

9

Однако огромный экспериментальный материал показал, что к индукции нельзя подходить односторонне: клеточный материал, на который воздействует индуктор, не индифферентен; имеет место не односторонняя индукция, а взаимодействие частей развивающегося зародыша. Здесь мы подходим к важному понятию — способности эмбрионального материала воспринимать индукционный стимул. Способность реагировать на различного рода индукционные влияния получила название компетенции эмбрионального материала. Таким образом, индукция — это влияние микроокружения, которое приводит к экспрессии генов, компетентных реагировать на данные факторы.

Компетенция ткани претерпевает изменения в процессе развития. Например, эктодерма на стадии поздней гаструлы компетентна к нейральным индукторам, затем данная компетенция снижается, но приобретается компетенция отвечать на индукторы хрусталика; позже утрачивается и она, но эктодерма может реагировать на индукторы слуховых плакод. Компетенция приобретается в результате синтеза рецепторов к молекулам индуктора, синтеза веществ, позволяющих рецепторам функционировать, или репрессии их ингибитора.

Классическая эмбриология называет первичной эмбриональной индукцией влияние хордомезодермы на вышележащий клеточный пласт эктодермы с формированием нервной пластинки (примеры вторичной эмбриональной индукции будут рассмотрены при изучении четвертого периода дифференцировки — тканевого). Вместе с тем классическая «первичная эмбриональная индукция» не является на самом деле «первичной», т. к. до формирования нервной пластинки имели место другие индуцирующие влияния.

Зачатковая дифференцировка — это процесс формирования отличающихся друг от друга зародышевых листков и осевых органов, когда закладываются основы для органо- и гистогенеза, поскольку клеточный материал каждого зародышевого листка становится детерминированным в направлении образования совершенно определенного, хотя все еще широкого круга тканевых производных. Намечаются различия не только между основными (зародышевые листки), но и более частными закладками, непосредственно предшествующими появлению специфических отличий, связанных с частными тканевыми функциями. Наряду с нарастанием разнородности, дифференцировки, значительно более тесными делаются морфологические связи между клетками. Возрастает и совершенствуется интеграция клеток и их комплексов в целостный организм с единым обменом веществ.

Этот этап дифференцировки становится возможным благодаря индукционным влияниям со стороны ближайших соседних клеток (взаимодействия посредством межклеточных контактов) и со стороны удаленных клеточных группировок (воздействие с помощью факторов роста,

10