ОНТОГЕНЕЗ, 2007, том 38, № 5, с. 355-371
= МОРФОГЕНЕЗ
УДК 591. 392
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИЙ БЛАСТОДЕРМЫ В РАННЕМ
ЭМБРИОГЕНЕЗЕ ВЬЮНА1
© 2007 г. И. В. Неклюдова, Е.Г. Корвин-Павловская, В. Г. Черданцев
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119992 Москва, ГСП-2, Ленинские горы E-mail: neklyudovai@mail.ru Поступила в редакцию 29.06.06 г. Окончательный вариант получен 18.01.07 г.
На гистологических срезах, согласно разработанной шкале оценок, определяли степень дифферен-цировки осевых структур (хорды, нейроэктодермы и сомитов) в суточных эксплантатах (всего 380) эмбриональной бластодермы вьюна. До начала эпиболии осевые структуры образуются только из фрагментов дорсального сектора краевой зоны бластодермы. Остальные ее секторы приобретают способность к образованию осевых структур с началом эпиболии, по мере оформления в краевой зоне зародышевого кольца, в отличие от клеток, не вошедших в его состав. До образования зародышевого щитка степень дифференцировки хорды, нейроэктодермы и сомитов из материала всех секторов краевой зоны одинакова в соответствии с радиальной симметрией клеточных потоков, формирующих зародышевое кольцо. С появлением зародышевого щитка, т.е. области конвергенции клеточных потоков, степень дифференцировки осевых структур в дорсальном секторе краевой зоны достоверно возрастает. При этом впервые возникают статистически достоверные региональные различия морфогенетических потенций краевой зоны, соответствующие различиям проспективного значения ее материала: из материала дорсального сектора лучше дифференцируются хорда и нейроэктодерма, а из материала вентрального сектора - сомиты. Таким образом, распределение морфогенетических потенций точно отражает пространственно-временную динамику коллективного движения клеток бластодермы при нормальном ходе морфогенеза.
Ключевые слова: эмбриогенез, дифференцировка, морфогенетические потенции, осевые структуры, бластодерма, эксплантаты, костистые рыбы, вьюн.
Основное положение теоретической эмбриологии заключается в том, что морфогенетические потенции (МП) областей зародыша шире их проспективного значения (Дриш, 1915). Это означает, что из данной области может получаться не только то, что соответствует ее нормальной судьбе, но и многое другое, если изменить условия ее развития или просто наблюдать за нормальной индивидуальной изменчивостью (Черданцев, 2003). Классический способ характеристики МП состоит в изоляции клеточного материала и определении спектра эмбриональных структур, которые развиваются из него без дополнительных воздействий (НоМгйег, 1938а, Ь). Теоретически это позволяет картировать распределение МП с такой же точностью, с какой мы картируем распределение презумптивных эмбриональных закладок.
Среди позвоночных карты МП составлены только для гаструлы амфибий (НоШзеег, 1938а, Ь), и
1 Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (проекты < 05-04-48681, 05-04-48847).
их рассмотрение приводит к выводам, которые расходятся с обычным представлением о детерминации эмбриональных закладок как о последовательном ограничении потенций эмбрионального материала (см. любой учебник эмбриологии). У амфибий материал "организатора", т.е. дорсальной губы бласто-пора, при изоляции образует любые структуры из тех, которые вообще могут развиваться из материала всей краевой зоны ранней гаструлы (НоМеег, 1938а, Ь; БеЬ^оу, 1998). Таким образом, дорсальный сектор краевой зоны представляет область с наиболее широкими потенциями. В то же время при изоляции материала вентрального сектора краевой зоны гаструлы образуются структуры, разнообразие которых меньше или равно его проспективному значению. К тому, что вообще известно о структуре дорсовентральных (ДВ) различий в краевой зоне гаструлы, мы можем добавить и тот факт, что ДВ-ось представляет собой однопараметрическое множество МП, различающихся широтой своего спектра (Черданцев, 2003).
355
3*
Итак, потенции распределены не менее упорядочение, чем любые актуальные характеристики частей развивающейся системы. Связь между широтой МП и судьбой области разрушает основную парадигму теории позиционной информации (Wolpert, 1996). Разным "позициям" соответствуют качественно различные способы взаимодействия областей со своим окружением, ограничивающие или же, наоборот, расширяющие потенции данной области. Долгое время такое представление казалось совершенно чуждым самому духу моделей генетической регуляции развития. Сейчас же, напротив, эта тема становится актуальной, с тех пор как стало известно, что регуляторные зоны генов, отвечающих за дифференцировку областей зародыша, могут различаться качеством промоторов и, соответственно, числом факторов транскрипции, необходимым для активации генов, выделяющих данную область (Wray et al., 2003).
Подводя итоги своих исследований в области экспериментальной эмбриологии рыб, Оппенгей-мер (Oppenheimer, 1979) писала о наблюдениях над "перманентными бластулами" костистых рыб: "Их морфология бедна и однородна, зародыш сохраняет сферическую форму, и у него никогда не образуется осевых структур. Разве что в случайных скоплениях клеток иногда возникают островки кроветворной ткани. Хотелось бы знать, как можно объяснить такой факт - то, что простая морфология допускает развитие только сравнительно простых клеток - с точки зрения молекулярной биологии?". В этом высказывании безошибочно нащупана связь, изучение которой является предметом данной работы, - связь между уровнем сложности структурной и динамической организации эмбриональных тканей, широтой их потенций и судьбой клеток.
У костистых рыб распределение МП перед началом и в ходе гаструляции (эпиболии) изучено гораздо меньше, чем у амфибий. Морфологические признаки, позволяющие различать дорсальный и вентральный секторы бластодермы до начала и на ранних этапах эпиболии, были найдены сравнительно недавно (Черданцева, Черданцев, 1985; Schmitz, Campos-Ortega, 1994; Неклюдова и др., 1999; Cherdantseva, Cherdantsev, 2006), когда интерес к экспериментальной эмбриологии начал угасать. Между тем именно костистые рыбы представляют наиболее удобную модель для изучения пространственно-временной динамики МП, поскольку перед началом эпиболии клетки бластодермы образуют у них единую и морфологически однородную популяцию (Ballard, 1973, 1980).
У зародышей вьюна Misgurnus fossilis L. детерминация ДВ-полярности бластодермы становится необратимой только с образованием зародышевого щитка, когда ее дорсальный полюс становится центром конвергенции клеточных потоков, направ-
ленных в краевую зону бластодермы (Черданцев, Цветкова, 2005; Cherdantseva, Cherdantsev, 2006). До образования зародышевого щитка материал всей краевой зоны (зародышевого кольца) способен при изоляции к образованию всех осевых структур, включая хорду (Неклюдова и др., 1999), а создание путем простых микроопераций новых потенциальных центров конвергенции ведет к переопределению направления ДВ-оси (Cherdantseva, Cherdantsev, 2006).
Понимая детерминацию как последовательное ограничение потенций, эти данные должны были бы говорить о том, что у костистых рыб детерминация ДВ-полярности происходит позже, чем у амфибий. Это, однако, неверно, так как у того же вьюна еще до начала эпиболии бластодерма будущего дорсального сектора отличается не только своими геометрическими и механическими характеристиками (Cherdantseva, Cherdantsev, 2006), но и тем, что при изоляции ее материала образуются осевые структуры в отличие от материала других секторов бластодермы (Неклюдова и др., 1999). Более того, для костистых рыб давно показано, что ДВ-поляр-ностью зародыш обладает еще до начала дробления (Tung T., Tung W., 1944).
Очевидно, детерминация включает в себя не только ограничение, но и расширение потенций эмбриональной ткани (ср.: Beloussov, 1998). Это означает, что потенции области, представляющие вектор ее движения во времени, пространственно распределены между ней самой и ее окружением и это распределение изменяется по мере развития (Черданцев, 2003). Задача нашей работы - картировать распределение потенций к образованию осевых структур на последовательных этапах морфогенеза зародышей вьюна и показать, что МП изменяются за те же характерные времена, что и геометрия коллективного движения клеток. Это означает, что реализация МП данного участка ткани путем изменения его формы ведет к изменению МП окружающих его участков (Cherdantsev, 2006).
Для решения поставленной задачи было важно, чтобы развитие изолированных фрагментов эмбриональной ткани включало в себя нормальное формообразование, поэтому нас интересовала не просто дифференцировка тканей, а образование структур, опознаваемых на обычных гистологических препаратах. Именно полнота воспроизведения нормального морфологического и гистологического строения осевых структур - нейральных структур, хорды и сомитов - служила критерием, по которому оценивалась степень их дифференцировки. Число отчетливых градаций такой оценки невелико, но достаточно для количественного описания морфологии.
При таком подходе потенции можно оценивать как количественный признак, т.е. говорить не только о расширении или ограничении спектра МП, но
и об их увеличении или уменьшении, исходя из количественной оценки осевых структур, образующихся из эксплантатов бластодермы.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Зрелые яйцеклетки вьюна Misgurnus fossilis L. получали путем инъекции хорионического гонадо-тропина (Костомарова, 1975). После оплодотворения икру содержали в отстойной воде при температуре 18-20°С. Морфологию нормального развития от начала эпиболии и до образования зародышевого щитка изучали на оптических срезах живых зародышей с помощью стереомикроскопа Zeiss StemiSV11, Германия. Методика изоляции и культивирования эксплантатов бластодермы подробно описана ранее (Неклюдова и др., 1999). Здесь важно подчеркнуть, что эксплантаты включали в себя все слои клеток бластодермы данного сектора, т.е. после удаления эксплантата на его месте оставался участок обнаженного желточного синцития. Размеры и исходное распо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.