Формирование структуры и планарной полярности эмбрионального ресничного эпителия шпорцевой лягушки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.03.05, кандидат наук Евстифеева, Алёна Юрьевна

• Евстифеева, Алёна Юрьевна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Евстифеева, Алёна Юрьевна

Оглавление

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Механическое напряжение как важный морфогенетический фактор

1.1.1. Источники механических напряжений в тканях зародыша и механизмы их передачи на расстояние и внутрь клетки

1.1.2. На что могут влиять механические напряжения

1.1.3. Реакция участков эмбриональных тканей амфибий на механическое растяжение и релаксацию

1.2. Структура биологических тканей

1.2.1. Биологический смысл клеточной мозаики

1.2.2. Механизмы, определяющие структуру ткани

1.3. планарная полярность биологических тканей

1.3.1. Что такое планарная полярность, её функции и примеры

1.3.2. Молекулярные механизмы планарной полярности, действующие на

локальном уровне

1.3.3. Механизмы планарной полярности, действующие на глобальном уровне

1.4. Эмбриональный ресничный эпителий хегмориб ьаеу^

1.4.1. Строение и развитие ресничного эпителия

1.4.2. Механизмы, задающие регулярный паттерн расположения ресничных клеток

1.4.3. Цилиогенез

1.4.4. Механизмы установления планарной полярности ресничного эпителия

2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

3.1. Материалы

3.1.1. Реактивы

3.1.2. Лабораторное оборудование

3.1.3. Лабораторные животные

3.1.4. Буферы и растворы

3.1.5. Фиксаторы

3.2. Методы

3.2.1. Получение и инкубация зигот

3.2.2. Микрохирургические операции

3.2.3. Составление карт потоков окружающей жидкости, создаваемых РК, и их анализ

3.2.4. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)

3.2.5. Вычисление степени растяжения сэндвичей

3.2.6. Обработка изображений, полученных с помощью СЭМ

3.2.7. Алгоритм поиска рядов из РК

4. РЕЗУЛЬТАТЫ

4.1. Структура ресничного эпителия

4.2. планарная полярность ресничного эпителия

5. ОБСУЖДЕНИЕ

5.1. Структура ресничного эпителия

5.2. Планарная полярность в эксплантатах крыши бластоцеля

5.3. Влияние механического растяжения и релаксации на планарную полярность ресничного эпителия

5.4. Возможная роль натяжений на поверхности интактных зародышей в ориентации оси планарной полярости ресничного эпителия

6. ВЫВОДЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование структуры и планарной полярности эмбрионального ресничного эпителия шпорцевой лягушки»

Введение

Биологические ткани - это не просто набор определённых клеток, механически связанных между собой. Ткани развивающихся зародышей характеризуются определённой топологией (Ьаеуа е1 а1. 2012). Клетки в тканях организованы в клеточные ансамбли (гистионы), являющиеся структурной единицей ткани (Савостьянов, 2005). Таким образом, ткани, как и многие биологические структуры более высоких уровней организации, имеют модульное строение. Как следствие, клетки в тканях образуют регулярные клеточные упаковки (клеточные мозаики).

Изучение топологии тканей и факторов, влияющих н клеточную мозаику, может быть важным для медицины и тканевой инженерии, задачей которой является управление развитием ткани. Следует отметить, что в настоящее время патологические процессы в тканях исследуются преимущественно на молекулярном уровне. Между тем, в основе патологических процессов в эпителиях могут лежать перестройки в их структуре1 (Савостьянов, 2005).

Биологические ткани не только представляют собой регулярную решётку из клеток, но и обладают также и полярностью. Эпителиальные ткани обладают ярко выраженной апикобазальной полярностью, вследствие выполняемой ими барьерной функции. Помимо этого, клетки в тканях полярны вдоль поверхности пласта. Это называется планарной полярностью (ПП). Она проявляется как на уровне отдельных клеток, так и на уровне многоклеточных структур. Примерами планарно полярных тканей и структур могут служить сенсорный эпителий в улитке уха, моноцилиарный эпителий гензеновского узелка, фасетчатый глаз и крыло дрозофилы, волосяной покров мыши.

Исследования последних лет показали, что признаки ПП присущи многим типам клеток. Она необходима для нормального морфогенеза многочисленных структур от крошечных волосков до целых организмов. Поэтому понимание

1 Мы считаем термин «клеточная мозаика» синонимом словосочетания «структура ткани». Под структурой ткани мы будем понимать особенности взаимного расположения относительно друг друга разных типов клеток в ткани и их численные соотношения.

механизмов, лежащих в основе ПП, представляет большой интерес (Goodrich and Strutt, 2011).

ПП к настоящему моменту довольно подробно исследована на молекулярном уровне. В основе локального выстраивания полярностей клеток лежит асимметричная локализация определенных консервативных белков. Однако до сих пор неизвестны механизмы глобального выстраивания полярностей клеток, т.е. их ориентирования относительно оси органа или организма (Wang, Nathans, 2007; Goodrich and Strutt, 2011). Следовательно, исследование глобальных факторов ПП является актуальным вопросом.

Ряд данных свидетельствует о том, что в установлении ПП и структуры ткани могут участвовать механические напряжения (МН) в клеточном пласту. Полученные на зачатке крыла дрозофилы результаты (Aigouy et al., 2010; см. п. 1.3.3) позволяют предположить, что МН могут являться глобальным поляризующим фактором. Кроме того, в теоретических работах по моделированию плотных клеточных упаковок (эпителиев) было показано, что в зависимости от механических параметров клеточного пласта (сил клеточной адгезии и сократимости поверхности клеток) могут существовать клеточные мозаики с различными топологиями (Farhadifar et al., 2007; Staple et al., 2010). Однако экспериментальные данные о влиянии механического напряжения на структуру клеточной мозаики в биологических тканях практически отсутствуют.

Цель данной работы - экспериментальная проверка на примере ресничного эпителия возможной роли МН в определении структуры ткани и задании глобального направления её планарной полярности.

В качестве модельной системы мы использовали эмбриональный покровный эпителий шпорцевой лягушки {Xenopus laevis). На стадии хвостовой почки он включает ресничные клетки, создающие направленный поток окружающей жидкости от переднего конца зародыша к заднему, поэтому он является ярким примером планарно поляризованной ткани. Ресничные клетки легко отличимы от гладких клеток и располагаются в виде регулярного паттерна

на коже эмбрионов. Поэтому ресничный эпителий является также удобной системой для изучения механизмов формирования клеточной мозаики.

1. Обзор литературы

1.1. Механическое напряжение как важный морфогенетический фактор

1.1.1. Источники механических напряжений в тканях зародыша и механизмы их передачи на расстояние и внутрь клетки

При отсепаровке поверхностного слоя клеток зародышей амфибий он мгновенно отгибается. Это свидетельствует о том, что его апикальная поверхность натянута. Подобным методом были составлены карты механических напряжений (МН) для амфибий (Beloussov et al., 1975). Оказалось, что карты остаются топологически постоянными в течение довольно продолжительных последовательных периодов развития (от бластулы до ранней гаструлы; с ранней гаструлы до поздней гаструлы и так далее). Нарушение данных «рисунков» (полей) МН приводит к сильным аномалиям морфогенеза. Например, искусственное ослабление МН в вентро-вегетативной области зародыша на стадии ранней гаструлы приводило к серьёзным аномалиям в развитии осевых зачатков или даже к нарушению переднезадней полярности эмбриона (Beloussov etal., 1990).

У низших беспозвоночных (гидроидные полипы) основным источником МН является тургорное давление в вакуолях (Beloussov et al., 1993). В бластоцеле зародышей иглокожих и позвоночных существует тургорное давление, достигающее 70 Н/см (Wilson et al., 1989). Это давление растягивает клеточные стенки бластоцеля. На более поздних стадиях развития МН генерируются в основном кооперативными клеточными движениями. Например, процессы интеркаляции (встречных движений клеток и их взаимного встраивания) создают давление в направлении, перпендикулярном интеркаляции (Beloussov et al., 2000). МН генерируются при подворачивании клеток во время гаструляции и при смыкании нервной трубки. Поля МН образуются благодаря тому, что созданные в каком-либо участке зародыша МН способны передаваться на большие расстояния, сравнимые с размерами самого зародыша (Beloussov and Grabovsky, 2006).

Одиночная клетка может генерировать механическое напряжение порядка 10"7 N (Mitrossilis et al, 2009; Crow et al., 2012). Механическое состояние отдельных клеток определяется балансом сил между элементами цитоскелета (промежуточными и актиновыми филаментами, которые работают на сжатие, и микротрубочками, создающими силы распора) и компонентами внеклеточного матрикса (Ingber, 2006). ^

Актиновый цитоскелет генерирует в клетке силы порядка 10"п-10"9 N (Ladoux В., Nicolas А., 2012). В цитоплазме цитоскелет образует прочную сеть, а у поверхности клетки - так называемый кортекс. Цитоскелет связан в некоторых местах с мембраной через адаптерные белки. Его реорганизация, следовательно, может вызывать натяжение клеточной мембраны, а также изменять форму клетки. В свою очередь, форма клетки может напрямую влиять на экспрессию определённых генов (McBeath et al., 2004).

Через цитоскелет внешние механические силы передаются на ядро, вызывая активацию механочувствительных каналов ядерной мембраны. Последнее приводит к изменению активности внутриядерных образований: происходит конденсация хроматина, деформация кручения внутри ДНК, изменяется доступ ключевых белков к сайтам регуляции (Ingber, 1997) и транскрипция генов (Itano et al., 2003). Дефекты промежуточных филаментов ядра приводят не только к понижению механической жёсткости клетки, но и к ослаблению механозависимой активации транскрипции генов (Maniotis et al., 1997; Eckes et al., 1998; Lammerding et al., 2004).

Благодаря тому, что клетки связаны между собой и с субстратом посредством специальных адгезионных контактов, изменения формы одних клеток могут менять форму других, а растяжение субстрата, вызванное одной клеткой, передаётся соседним клеткам. Адгезионные контакты образованы интегральными белками, которые посредством адаптеров соединены с цитоскелетом и с молекулами сигнальных путей. Отсоединение адаптерных молекул приводит к разрушению контакта. Таким образом, цитоскелет может

влиять на адгезионную способность, а адгезионные контакты на цитоскелет (Lodish et al., 2003).

Известно несколько типов интегральных белков, участвующих в адгезии. В межклеточном соединении принимают участие в основном кадгерины и рецепторы из суперсемейства иммуноглобулинов, а в соединении с матриксом -интегрины и селектины (Lodish et al., 2003). Отдельные интегриновые рецепторы способны объединяться и образовывать так называемые фокальные контакты. Механическое напряжение, генерируемое клеткой на фокальных контактах, имеет порядок 10"9-10"7 N (Ladoux В., Nicolas А., 2012).

Механическое давление на клеточную поверхность немедленно вызывает перестройку фокальных контактов (Hu et al., 2003). Кроме того, некоторые структурные компоненты фокальных контактов чувствительны к механическому напряжению. Например, при ослаблении механического напряжения константа высвобождения зиксина повышается, в то время как винкулин не реагирует на изменение механического напряжения. Отсоединившись от фокальных контактов, зиксин может перемещаться в ядро и изменять транскрипцию генов, таких как эндотелии-1 (Chicurel et al., 1998).

Механические сигналы могут передаваться через кадгерины (Ко et al., 2001). В остеобластах давление жидкости приводит к перемещению ассоциированного с кадгеринами ß-катенина в ядро, где он активирует транскрипцию генов (Norvell et al., 2004). Также было обнаружено, что механическое раздражение вызывает открытие полуканалов щелевых контактов в хрусталике глаза (Bao et al., 2004).

Важную роль в механотрансдукции - передаче механических напряжений -играет внеклеточный матрикс, поскольку с ним связаны интегрины. Он состоит из различных белков и полисахаридов, синтезируемых самими клетками. Синтезируемый фибробластами фибронектин имеет сайты связывания с интегринами и с компонентами внеклеточного матрикса (коллаген, протеогликаны) и, таким образом, способствует прикреплению клеток к матриксу.

Он играет важную роль в клеточной миграции и в дифференцировке при эмбриогенезе.

Опосредованное цитоскелетом движение интегринов, связанных с фибронектином, вызывает его растяжение. Натяжение фибронектина может передаваться другим клеткам, что упорядочивает их движения и влияет на их дифференцировку. Кроме того, сами фибробласты упорядочивают нити фибронектина и, таким образом, могут влиять на движение других клеток (Larsen et al., 2006).

В перестройке актинового цитоскелета (полимеризации-деполимеризации актина) и в миозин-опосредованном скольжении актиновых нитей участвуют сигнальные пути, регулируемые малыми ГТФазами из семейства Rho (Lodish et al., 2003). Наиболее изученными представителями этого семейства являются RhoA, Racl и Cdc42. Активация RhoA стимулирует связывание актиновых филаментов в пучки (стресс-фибриллы) и сборку интегринов в фокальные контакты. RhoA также активирует киназу, которая в свою очередь активирует АТФазу лёгких цепей миозина. Это вызывает скольжение миозина по актину, т.е. сокращение актомиозинового аппарата. Rae ¡вызывает полимеризацию актина de novo на периферии клетки и формирование плоских мембранных выступов (ламеллоподий). Cdc42 участвует в образовании тонких, богатых актином мембранных выступов (филлоподий). Активация RhoA может происходить при воздействии на интегрины механическими стимулами (Ingber, 2003). Баланс между активностью Rho и Rae определяет способность клеток чувствовать физическое окружение и двигаться в определённом направлении (Brock and Ingber, 2005). Было показано участие ГТФаз семейства Rho в регуляции митоза и морфогенетических движений за счёт участия в процессах, изменяющих клеточную форму и полярность (Hall, 1998).

Механические силы могут восприниматься через механочувствительные ионные каналы (МИК). Некоторые интегрины находятся рядом с предположительно механочувствительными ионными каналами. Считается, что

поток Ca может быть вызван приложением силы к интегринам (Shakibaei and Mobasheri, 2003).

Интересной является идея об участии МИК в активном ощупывании (т.н. «активное касание») клетками субстрата для получения информации о его жёсткости, т.е. информации о своём механическом окружении. Ощупывание заключается в натягивании клеткой субстрата за счёт работы актомиозинового комплекса стресс-фибрилл (Pelham and Wang, 1997; Engler et al., 2006).

Интересно, что от жёсткости субстрата зависит амплитуда и частота активности МИК. Например, эндотелиальные клетки на жёстком субстрате проявляют более высокие флуктуации концентрации внутриклеточного кальция по сравнению с клетками, растущими на более мягком субстрате. Самое интересное, что на границе между жестким и мягким субстратом у эндотелиальных клеток наблюдали наиболее сильные спонтанные флуктуации внутриклеточного кальция. Это говорит о том, что клетки очень тонко чувствуют жёсткость субстрата, ощущая даже границу между разными жёсткостями (Kobayashi and Sokabe, 2010).

Клетка может использовать в качестве механосенсоров и другие молекулы. Например, механическое давление потока жидкости напрямую активирует гетеротримерные G-белки клетки, изменяя вязкость мембраны (Haidekker et al., 2000). Другой мембрано-ассоциированный механизм механотрансдукции связан с кавеолами - небольшими углублениями в плазмалемме, в мембране которых сосредоточено большое количество олигомеризованного белка кавеолина - и липидными рафтами (микродомены более плотно упакованного билипидного слоя, «плавающие» по остальному менее плотному слою). При распаде кавеол и рафтов (из-за уменьшения в плазмалемме количества холестерола) остеоциты перестают воспринимать происходящие в них изменения механического давления жидкости (Ferraro et al., 2004). Формирование липидных рафтов, необходимое для активности Rae, зависит от интегрин-опосредованного сигнала от внеклеточного матрикса (del Pozo et al., 2004).

1.1.2. На что могут влиять механические напряжения

Существуют многочисленные данные о влиянии МН на мембранную динамику (совокупность процессов экзо- и эндоцитоза), рост.и пролиферативную активность клеток, их дифференцировку, форму, направленную миграцию, планарную полярность (см. п. 1.3.3) и ориентацию базальных телец ресничек (см. п. 1.4.4). МН могут даже регулировать экспрессию генов. Все эти процессы имеют место при морфогенезе животных, в основе которого лежат строго скоординированные во времени и в пространстве изменения формы клеток и клеточных движений. Рассмотрим примеры.

В клетке на молекулу белка может действовать растягивающая сила, равная 2-10 pN (Ladoux В., Nicolas А., 2012). Под действием растяжения отдельные домены молекул меняют свою конформацию. Следовательно, в живой клетке механические силы могут влиять на белок-белковые взаимодействия или на связывание с лигандом. Они также могут оказывать влияние на химическое равновесие и, следовательно, на динамику полимеризации-деполимеризации элементов цитоскелета. Например, растяжение нейрона или гладкомышечной клетки сосуда усиливает полимеризацию тубулина (Dennerll et al., 1988; Putnam et al., 2001).

В многочисленных работах показано, что клеточная мембрана способна отвечать на механическое воздействие изменением своей площади (Apodaca, 2002; Ivanenkov et al., 1990; Fink, Cooper, 1996). На протопластах было замечено (Wolfe et al., 1986), что если мембрана по сравнению с её исходным состоянием натянута сильней, то происходит встраивание материала в мембрану, а если слабее, то наоборот, происходит интернализация части мембраны. Клетка, видимо, стремится восстановить исходное натяжение мембраны. В условиях, предотвращающих самонатяжение клетки, последняя переходит к апоптозу, а экспрессия специфических для данного типа клеток генов подавляется (Huang and Ingber, 2000).

Существование механических напряжений - необходимое условие для упорядоченных клеточных движений, лежащих в основе морфогенеза. Например,

для того, чтобы фибробласты образовывали регулярные клеточные скопления, нужен эластичный субстрат, который они могли бы растянуть (Harris et al., 1984) (более подробно см. в п. 1.2.2.2).

МН важны и при морфогенезе растений (Dumais, 2007). Повышение тургорного давления необходимо для роста растительных клеток (Лотова, 2007).

Действие внешних механических сил на мезенхимальную линию стволовых клеток приводит к подавлению дифференцировки адипоцитов и увеличению количества остеобластов (McBeatch et al., 2004). Дифференцировка мезенхимальных клеток эмбрионального лёгкого регулируется белками TIPs (tension-induced/inhibited proteins), способными связываться с транскрипционными факторами. TIP-1 активируется механическим натяжением и стимулирует миогенез, TIP-3 ингибируется натяжением и активирует адипогенез, a TIP-2 не индуцирует адипо- и миогенез в клетках-предшественниках лёгкого (Jakkaraju et al., 2005).

Было обнаружено, что тип дифференцировки стволовых клеток зависит от жесткости субстрата, на котором их инкубировали (Engler et al., 2006). Физические свойства матрикса могут влиять на направление клеточных движений, диктуя место сборки следующего фокального контакта и активации Rac, определяя, таким образом, место образования следующего мембранного выроста (Parker, 2002; Brock and Ingber, 2005). Обнаружено, что МИК участвуют в тензотаксисе - направленной миграции клеток по градиенту механических напряжений (Munevar et al., 2004).

Генерация клетками механических сил и одновременное восприятие МН, созданного сообществом клеток, играет важную роль в развитии сосудистого поля (Mammoto et al., 2008).

Впервые влияние МН на экспрессию генов было показано на клетках млекопитающих - остеобластах и эндотелиальных клетках. В остеобластах воздействие МН на плазматическую мембрану приводит к ядерной транслокации транскрипционных факторов семейства Smad, которые запускают дифференцировку остеобластов (Rauch et al., 2002).

Следует отметить, что физиологическое состояние клетки зависит от её формы. Например, клетка, получившая возможность распластаться, включит программу пролиферации, тогда как клетка, не имеющая такой возможности ввиду недостатка субстрата, включит программу апоптоза (Chen et al., 1997).

Интересно, что разное механическое воздействие вызывает практически противоположные ответы у клеток одного и того же типа. Циклическое растяжение субстрата, на которой посеяны эндотелиальные клетки, вызывает повышение экспрессии белков плотных контактов окклюдина и ZO-1 (Collins et al., 2006), в то время как механическое давление потока жидкости вызывает уменьшение экспрессии окклюдина и не влияет на экспрессию ZO-1 (DeMaio et al., 2001). Кроме того, ответы различных клеток на одно и то же механическое воздействие могут различаться. Циклическое растяжение субстрата, на который посеян альвеолярный эпителий, напротив, приводит к снижению экспрессии окклюдина (Cavanaugh et al., 2001).

Заметим, что большинство работ по влиянию механических факторов на дифференцировку клеток и морфогенез сделано на моделях in vitro. В лаборатории доктора Фаржа, напротив, это было очень чётко продемонстрировано in vivo на зародыше дрозофилы (Farge, 2003). Было показано, что механическое нажатие на зародыш активирует в сжатых клетках сигнальный путь, который включает в себя перемещение в ядро транскрипционного фактора Armadillo (ортолог ß-катенина), транскрипцию гена Twist и нормальный морфогенез ротовой ямки. При нормальном развитии дрозофилы сжатие клеток вызывается морфогенетическими движениями во время формирования стомодеума.

1.1.3. Реакция участков эмбриональных тканей амфибий на механическое растяжение и релаксацию

Рассмотрим опыты по искусственному растяжению эмбриональных тканей амфибий. Растяжение проводили двумя способами: на эластичном адгезивном субстрате и с помощью тонких стеклянных игл. При субстратном способе ткань

натягивалась равномерно, во втором случае возникали градиенты натяжений с максимумом возле игл - в точках приложения тянущих сил (Белоусов и др., 2000).

В случае сфокусированного растяжения прослеживаются направленные клеточные движения в сторону максимального натяжения (Векэшзоу а1., 2000). Т.е. опыты по растяжению сэндвичей (квадратные фрагменты анимальной эктодермы со стороной 0,8-0,9 мм, сращенные попарно внутренним поверхностями) из эктодермы ранней гаструлы амфибий показали, что клетки способны улавливать локализацию ближайшего к ним «источника натяжений» и активно двигаться в сторону этого источника (т.е. вверх по градиенту).

Пассивное растяжение фрагмента ткани, преобразуется в активную реакцию клеток на растяжение в течение первых 10 мин. Активная реакция участка эмбриональной ткани состоит из двух фаз. В первой фазе клетки активно вытягиваются в направлении растяжения образца, они взаимно перекрываются, формируют многочисленные отростки в направлении растяжения. В клетках поверхностного слоя развивается апикальный цитоскелет и увеличивается площадь межклеточных контактов. Вторая фаза проходит в течение нескольких часов после растяжения. Во второй фазе ламеллы образуются преимущественно в перпендикулярном растяжению направлении, клетки возвращаются к своей исходной форме.

Если релаксировать механические натяжения путём вставления клина энтодермальной ткани вегетативного полюса одного зародыша Хепорт другому зародышу той же стадии развития в ту же область, то результатом будет сильно выраженная двигательная активность субэпителиальных клеток и резкое удлинение эпиэктодермальных клеток, что в нормальном развитии не наблюдается (ВекшББОУ е1 а1, 1990).

Если фрагмент супрабластопоральной области (СБО) - область над дорсальной губой бластопора - ранней гаструлы шпорцевой лягушки растягивать на адгезионном субстрате перпендикулярно оси его растяжения в зародыше, то клетки поменяют направление интеркаляции, и фрагмент растянется в направлении натяжения (ВеЬшзоу а1, 1994). То же происходит с фрагментом

вентрального эпителия при растяжении в произвольном направлении (Beloussov et ol., 2000). Через несколько часов после снятия растяжения образцы приобретают гантелевидную форму со вздутиями на концах. Это говорит о том, что в образце возникло внутреннее давление. Такое преобразование внешнего растяжения во внутренне давление хорошо согласуется с гипотезой гипервосстановления механического натяжения. Она заключается в предположении о том, что ткани зародыша стремятся восстановить исходное значение механического напряжения, но с некоторым перехлёстом (Beloussov & Grabovsky, 2006).

1.2. Структура биологических тканей

1.2.1. Биологический смысл клеточной мозаики

В первой половине XX века было обнаружено, что клетки в биологических тканях обладают закономерной связностью. Д'Арси Томпсон в 1942 году в своей книге «On Growth and Form» отметил, что в двумерных биологических тканях в одной вершине сходится по три клеточные стороны.

Наиболее фундаментальные исследования в этом направлении провёл в 3040 гг. XX в. американский учёный Ф.Т. Льюис. Он показал, что упаковка клеток в биологических тканях отличается от физических (неживых) упаковок, например, от упаковки мыльных пузырей или зёрен фотоэмульсии.

В.М. Маресин показал (1982), что у большинства делящихся клеток смежность (т.е. число соседних клеток) равна семи, а большинство клеток, притягивающих плоскость деления, имеют смежность, равную пяти. Биологический смысл перечисленных правил, как отмечает Маресин, заключается в поддержании однородности структуры ткани.

Принципиально другая точка зрения на закономерности формирования клеточных мозаик у Г.А. Савостьянова (2005). Им разработана оригинальная теория о том, что ткань состоит из модулей - гистионов. Гистион - это группа

2 Двумерной таканью называют такую ткань, у которой форма её клеток не меняется по

высоте. Примером могут быть однослойные эпителии.

клеток, которая способна обеспечить себя всеми компонентами, необходимыми для выживания. Гистионы возникают в результате «разделения труда» между клетками (дифференцировки). Ткани - результат полимеризации гистионов. По мнению Савостьянова, биологический смысл тканевой мозаики заключается в том, что она характеризует реализованный тканью вариант специализации и интеграции клеток.

Савостьянов сформулировал на основе биологических соображений правила полимеризации гистионов и построил в соответствии с ними модели двумерных полимеров из них. Он отмечает, что данные правила в математическим смысле соответствуют правилам правильных паркетов. Доказано, что существует только 11 вариантов таких паркетов . Савостьянов интерпретирует эти паркеты как множество возможных топологических вариантов моделей двумерных тканей и делает предположение, что морфогенез клеточных пластов сводится к реализации этих моделей.

Используя свои данные, а также данные литературы, он приводит ряд примеров реализации построенных им моделей. На данный момент Савостьяновым найдено 9 из 11 предсказанных теорией мозаик (рис. 1).

Из полученных 11 моделей следует, что степень вершин может принимать значения от 3 до 6 и, поэтому, отмечает автор, эмпирическое правило Д'Арси Томпсона о том, что степень вершин в биологических тканях всегда равна 3, является частным случаем.

3 Простой вывод всех возможных вариантов правильных паркетов приведен в статье

Михайлова О. (1979).

AB

2)

AB

AB,

3) А

4)

AjBJC,

5)

AB,

А

ш ш ж

ш ш

ш ш ш

ш ш

ш ш ш

шш

i

*41 Я. V л •>• щ

Щ^-.л

6)

7)

8)

9)

10)

I

AB,

11)

У/А

¿л/

и

Щ

л?

ш щ

ХУ'У WA£

Рисунок 1. 11 правильных паркетов и соответствующие им тканевые мозаики. I —

«химические формулы» гистионов и их графы. Буквами обозначены различные типы клеток, цифрами - их число в гистионе. Вершины графа с различной штриховкой символизируют разные типы клеток, а рёбра графа - связи между клетками. Число «соседей» каждого типа у клетки соответствует числу рёбер, соединяющих её с соседней вершиной; II - паркеты, соответствующие полимерам из данных гистионов; III - соответствующие клеточные мозаики реальных тканей (по Савостьянову, 2005).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Евстифеева, Алёна Юрьевна, 2014 год

Список литературы

1. Белоусов JI.B., Ермаков А.С., Лучинская Н.Н. Цитомеханический контроль морфогенеза // Цитология. - 2000. - Т. 42. - № 1. - С. 84-91.

2. Лотова Л.И. Ботаника: морфология и анатомия высших растений: Учебник. - Москва: КомКнига, 2007.

3. Маресин В.М. Геометрия формирования биологических тканей. В кн.: Математическая биология развития (Аладьев и др.). - Москва: Наука, 1982.-С. 112-125.

4. Михайлов О. Одиннадцать правильных паркетов // Квант. - 1979. - Т. 2. -С. 9-14.

5. Савостьянов Г.А. Основы структурной гистологии. Пространственная организация эпителиев. - С.-Петербург: Наука, 2005. - 375 с.

6. Adler Р. N. The genetic control of tissue polarity in Drosophila И BioEssays. - 1992.-V. 14.-P. 735-741.

7. Adler P.N., Charlton J., Liu J. Mutations in the cadherin superfamily member gene dachsous cause a tissue polarity phenotype by altering frizzled signaling // Development. - 1998. - V. 125. - P. 959-968.

8. Aigouy В., Farhadifar R., Staple D.B., Sagner A., Roper J.C., Julicher F., Eaton S. Cell flow reorients the axis of planar polarity in the wing epithelium of Drosophila // Cell. -2010. - V. 142. - № 5. - P. 773-786.

9. Apodaca G. Modulation of membrane traffic by mechanical stimuli // Am. J. Physiol. Renal Physiol. - 2002. - V. 282. - P. F179-F190.

10. Assheton R. Notes on the ciliation of the ectoderm of the amphibian embryo // Quart. Jour. Micr. Sci., new series. - 1896. - V. 38. - P. 465-484.

11. Bao L., Sachs F., Dahl G. Connexins are mechanosensitive // Am. J. Cell Physiol. - 2004. - V. 287. - № 5. - P. 1389-1395.

12. Bardley L., Wainstock D., Sive H. Positive and negative signals modulate formation of the Xenopus cement gland // Developemnt. - 1996. - V. 122. -№9. -P. 2739-2750.

13. Bellai'che Y., Beaudoin-Massiani O., Stuttem I., Schweisguth F. The planar cell polarity protein Strabismus promotes Pins anterior localization during asymmetric division of sensory organ precursor cells in Drosophila II Development. - 2004. - V. 131. - P. 469^178.

14. Beloussov L.V., Grabovsky V.I. Morphomechanics: goals, basic experiments and models // Int. J. Dev. Biol. - 2006. - V. 50. - P. 81-92.

15. Beloussov L.V., Dorfman J.G., Cherdantzev V.G. Mechanical stresses and morphological patterns in amphibian embryos // J. Embryol. Exp. Morphol. -1975. - V. 34. - № 3. - P. 559-574.

16. Beloussov L.V., Labas Ju.A., Kazakova N.I. Growth pulsations in hydroid polyps: kinematics, biological role and cytophysiology // In: Oscillations and Morphogenesis (L.Rensing ed) Marcel Dekker Basel. Hong Kong. - 1993. -P. 183-193.

17. Beloussov L.V., Lakirev A.V., Naumidi I.I., Novoselov V.V. Effects of relaxation of mechanical tensions upon the early morphogenesis of Xenopus laevis embryos // Int. J. Dev. Biol. - 1990. - V. 34. - P. 409-419.

18. Beloussov L.V., Louchinskaia N.N., Stein A.A. Tension-dependent collective cell movements in the early gastrula ectoderm of Xenopus laevis embryos // Dev. Genes and Evol. - 2000. - V. 210. - P. 92-104.

19. Beloussov L.V., Saveliev S.V., Naumidi I.I., Novoselov V.V. Mechanical stresses in embryonic tissues: patterns, morphogenetic role and involvement in regulatory feedback // Intern. Rev. Cytol. - 1994. - V. 150. - P. 1-34.

20. Bray S.J. Notch signalling: a simple pathway becomes complex // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. - 2006. - V. 7. - № 9. - P. 678-89.

21. Brittle A.L., Repiso A., Casal J., Lawrence P.A., Strutt D. Four-jointed modulates growth and planar polarity by reducing the affinity of dachsous for fat // Curr. Biol. - 2010. - V. 20. - P. 803-810.

22. Brock A.L., Ingber D.E. Control of the direction of lamellipodia extension through changes in the balance between Rac and Rho activities // Mol. Cell Biomech. - 2005. - V.2. - № 3. - P. 135-143.

23. Cavanaugh K.J. Jr., Oswari J., Margulies S.S. Role of stretch on tight junction structure in alveolar epithelial cells // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. - 2001. -V. 25.-P. 584-591.

24. Chen C.S., Mrksich M., Huang S., Whitesides G.M., Ingber D.E. Geometric control of cell life and death // Science. - 1997. - V.276. - № 5317. - P. 1425-1428.

25. Chicurel M.E., Singer R.H., Meyer C.J., Ingber D.E. Integrin binding and mechanical tension induce movement of mRNA and ribosomes to focal adhesion // Nature. - 1998. - V. 392. - № 6677. - P. 730-733.

26. Choi S.-C., J.-K. Han. Xenopus Cdc42 regulates convergent extension movements during gastrulation through Wnt/Ca2+ signalling pathway // Dev. Biol. - 2002. - V. 244. - P. 342-357.

27. Crow A., Webster K.D., Hohlfeld E., Ng W.P., Geissler P., Fletcher D.A. Contractile equilibration of single cells to step changes in extracellular stiffness // Biophys. J. - 2012. - V. 102. - P. 443-451.

28. Collins N.T., Cummins P.M., Colgan O.C., Ferguson G., Birney Y.A., Murphy R.P., Meade G., Cahill P.A. Cyclic Strain-Mediated Regulation of Vascular Endothelial Occludin and ZO-1: Influence on Intercellular Tight Junction Assembly and Function // Arterioscler. Thromb. Vase. Biol. - 2006. -V. 26. - P. 62-68.

29. Deans M.R., Antic D., Suyama K., Scott M.P., Axelrod J.D., Goodrich L.V. Asymmetric distribution of prickle-like 2 reveals an early underlying

polarization of vestibular sensory epithelia in the inner ear // J. Neurosci. -2007.-V. 27.-P. 3139-3147.

30. Deblandre G.A., Wettstein D.A., Koyano-Nakagawa N., Kintner C. A two-step mechanism generates the spacing pattern of the ciliated cells in the skin of Xenopus embryos // Development. - 1999. - V. 126. - № 21. - P. 47154728.

31. DeMaio L., Chang Y.S., Gardner T.W. Tarbell J.M., Antonetti D.A. Shear stress regulates occludin content and phosphorylation // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. - 2001. - V. 281. - P. H105-H113.

32. Dennerll T.J., Joshi H.C., Steel V.L., Buxbaum R.E, Heidemann S.R. Tension and compression in the cytoskeleton of PC-12 neurites. II: Quantitative measurements // J. Cell Biol. - 1988. - V. 107. - P. 665-674.

33. Djiane A., Riou J.-F., Umbhauer M., Boucaut J., Shi D. Role of frizzled 7 in the regulation of convergent extension movements during gastrulation in Xenopus laevis II Development. - 2000. - V. 127. - P. 3091-3100.

34. Drysdale T.A., Elinson R.P. Cell Migration and Induction in the Development of the Surface Ectodermal Pattern of the Xenopus laevis Tadpole // Development, Growth & Differentiation. - 1992. - V. 34. - № 1. - P. 51-59.

35. Dubaissi E., Papalopulu N. Embryonic frog epidermis: a model for the study of cell-cell interactions in the development of mucociliary disease // Dis Model Mech. - 2011. - V. 4. - № 2. - P. 179-192.

36. Dumais J. Can mechanics control pattern formation in plants? // Curr. Opin. Plant Biol. - 2007. - V. 10.-№ l.-P. 58-62.

37. Eckes B., Dogic D., Colucii-Guyon E. Wang N., Maniotis A., Ingber D., Merckling A., Langa F., Aumailley M., Delouvee A., Koteliansky V., Babinet C., Krieg T. // J. Cell Sci. - 1998. - V. 111. - P. 1897-1907.

38. Eley L., Yates L.M., Goodship J.A. Cilia and disease // Current Opinion Gen. Dev. - 2005. - V. 15.-№3.-P. 308-314.

39. Engler A.J., Sen S., Sweeney H.L., Discher D.E. Matrix elasticity directs stem cell lineage specification // Cell. - 2006. - V. 126. - № 4. - P. 677-689.

40. Essner J.J., Vogan K.J., Wagner M.K., Tabin C.J., Yost H.J., Brueckner M. Conserved function for embryonic nodal cilia // Nature. - V. 418. - № 6893. -P. 37-38.

41. Farge E. Mechanical induction of Twist in the Drosophila foregut/stomodeal primordium // Curr. Biol. - 2003. - V. 13. - № 16. - P. 1365-77.

42. Farhadifar R., Roper J.C., Aigouy B., Eaton S., Jiilicher F. The influence of cell mechanics, cell-cell interactions, and proliferation on epithelial packing // Current Biol. - 2007. - V. 17. - № 24. - P. 2095-2104.

43. Feng Y., Irvine K. Processing and phosphorylation of the Fat receptor // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. - 2009. - V. 106. - P. 11989-11994.

44. Feng Y., Irvine K.D. Fat and expanded act in parallel to regulate growth through warts // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. - 2007. - V. - 104. - P. 2036220367.

45. Ferraro J.T., Daneshmand M., Bizios R., Rizzo V. Depletion of plasma membrane cholesterol dampens hydrostatic pressure and shear stress-induced mechanotransduction pathways in osteoblast cultures // Am. J. Physiol. Cell Physiol. - 2004. - V. 286. - № 4. - P. 831-839.

46. Fink R.D., Cooper M.S. Apical Membrane Turnover Is Accelerated Near Cell-Cell Contacts in an Embryonic Epithelium // Dev. Biol. - 1996. - V. -174.-P. 180-189.

47. Ganner A., Lienkamp S., Schafer T., Romaker D., Wegierski T., Park T.J., Spreitzer S., Simons M., Gloy J., Kim E., Wallingford J.B., Walz G. Regulation of ciliary polarity by the APC/C // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. -2009.-V. 106.-P. 17799-17804.

48. Gho M., Schweisguth F. Frizzled signalling controls orientation of asymmetric sense organ precursor cell divisions in Drosophila II Nature. -1998.-V. 393.-P. 178-181.

49. Goodrich L.V., Strutt D. Principles of planar polarity in animal development // Development.-201 l.-V. 138.-№10.-P. 1877-1892.

50. Gray R.S., Abitua P.B., Wlodarczyk B.J., Szabo-Rogers H.L., Blanchard O., Lee I., Weiss G.S., Liu K.J, Marcotte E.M., Wallingford J.B., Finnell R.H. The planar cell polarity effector Fuz is essential for targeted membrane trafficking, ciliogenesis and mouse embryonic development // Nat. Cell Biol. -2009. -V. 11.-P. 1225-1232.

51. Grimsley-Myers C.M., Sipe C.W., Geleoc G.S., Lu X. The small GTPase Racl regulates auditory hair cell morphogenesis // J. Neurosci. - 2009. - V. 29.-P. 15859-15869.

52. Gubb D., García-Bellido A. A genetic analysis of the determination of cuticular polarity during development in Drosophila melanogaster II J. Embryol. Exp. Morphol. - 1982. - V. 68. - P. 37-57.

53. Guirao B., Meunier A., Mortaud S., Aguilar A., Corsi J.-M., Strehl L., Hirota Y., Desoeuvre A., Boutin C., Han Y.G., Mirzadeh Z., Cremer H., Montcouquiol M., Sawamoto K., Spassky N. Coupling between hydrodynamic forces and planar cell polarity orients mammalian motile cilia // Nat. Cell Biol. - 2010. - V. 12. - P. 341-350.

54. Habas R., Dawid I. B., He X. Coactivation of Rac and Rho by Wnt/Frizzled signaling is required for vertebrate gastrulation // Genes Dev. 2003. - V. 17. -P. 295-309.

55. Habas R., Kato Y., He X. Wnt/Frizzled activation of Rho regulates vertebrate gastrulation and requires a novel formin homology protein Daaml // Cell. -2001.-V. 107.-P. 843-854.

56. Haidekker M.A., L'Heureux N., Frangos J.A. Fluid shear stress increases memrane fluidity in endothelial cells: a study with DCVJ fluorescence //Am. J. Physiol. - 2000. - V. 278. - № 4. - P. H1401-1406.

57. Hall A. Rho GTPases and the actin cytoskeleton // Science. - 1998. - V. 279. -P. 509-514.

58. Harris A.K., Stopak D., Warner P. Generation of spatially periodic patterns by a mechanical instability: a mechanical alternative to the Turing model // J. Embryol. Exp. Morphol. - 1984. - V. 80. - P. 1-20.

59. Hayashi T., Carthew R.W. Surface mechanics mediate pattern formation in the developing retina // Nature. - 2004. - V. 431. - P. 647-652.

60. Hayes J.M., Kim S.K., Abitua P.B., Park T.J., Herrington E.R., Kitayama A., Grow M.W., Ueno N., Wallingford J.B. Identification of novel ciliogenesis factors using a new in vivo model for mucociliary epithelial development // Dev Biol. - 2007. - V. 312. - P. 115-130.

61. Heydeck W., Zeng H., Liu A. Planar cell polarity effector gene Fuzzy regulates cilia formation and Hedgehog signal transduction in mouse // Dev. Dyn. - 2009. - V. 238. - P. 3035-3042.

62. Hu S., Chen J., Fabri B., Numaguchi Y., Gouldstone A., Ingber D.E., Fredberg J.J., Butler J.P., Wang N. Intracellular stress tomography reveals stress focusing and structural anisotropy in cytoskeleton of living cells // Am. J. Phisiol. Cell. Phisiol. - 2003. - V. 285. - № 5. - P. C1082-C1090.

63. Huang S., Ingber D.E. Shape-dependent control of cell growth, differentiation and apoptosis: switching between attractors in cell regulatory networks // Exptl. Cell Res. - 2000. - V. 261. - P. 91-103.

64. Ingber D.E. Cellular mechanotransduction: putting all the pieces together again // FASEB J. - 2006. - V. 20. - P. 811-827.

65. Ingber D.E. Mechanobiology and diseases of mechanotransduction // Ann. Med. - 2003. - V. 35. - P. 564-577.

66. Ingber D.E. Tensegrity: the architectural basis of cellular mechanotransduction // Annu. Rev. Physiol. - 1997. - V. 59. - P. 575-99.

67. Isaeva V.V., Kasyanov N.V., Presnov E.V. Topological singularities and symmetry breaking in development // Biosystems. - 2012. - V. 109. - № 3.-P. 280-298.

68. Itano N., Okamoto S., Zhang D., Lipton S.A., Ruoslahti E. Cell spreading controls endoplasmic and nuclear calcium: a physical gene regulation pathway from the cell surface to the nucleus // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.-2003.-V. 100.-№9.-P. 5181-5186.

69. Ivanenkov V.V., Minin A.A., Mescheryakov V.N., Martynova L.E. Surface polarization in loach eggs and two-cell embryos: correlation between surface relief, endocytosis and cortex contractility // Int. J. Dev. Biol. - 1990. - V. 34. -P. 337-349.

70. Jakkaraju S., Zhe X., Pan D., Choudhury R. Schuger L. TIPs are tension-responsive proteins involved in myogenic versus adipogenic differentiation // Dev. Cell. - 2005. - V. 9. - № 1. - P. 39^19.

71. Jones C., Roper V. C., Foucher I., Qian D., Banizs B., Petit C., Yoder B. K., Chen P. Ciliary proteins link basal body polarization to planar cell polarity regulation // Nat. Genet. - 2008. - V. 40. - P. 69-77.

72. Kim S.K., Shindo A., Park T.J., Oh E.C., Ghosh S., Gray R.S., Lewis R.A., Johnson C.A., Attie-Bittach T., Katsanis N., Wallingford J.B. Planar cell polarity acts through septins to control collective cell movement and ciliogenesis // Science. - 2010. - V. 329. - P. - 1337-1340.

73. Ko K.S., Arora P.D., McCulloch C.A. Cadherins mediate intercellular mechanical signaling in fibroblasts by activation of stretch-sensitive calcium-permeable channels // J. Biol. Chem. - 2001. - V. 276. - № 38. - P. 3596735977.

74. Kobayashi T., Sokabe M. Sensing substrate rigidity by mechanosensitive ion channels with stress fibers and focal adhesions // Current opinion in Cell biology. - 2010. - V. 22. - P. 669-676.

75. Konig G., Hausen P. Planar polarity in the ciliated epidermis of Xenopus embryos // Dev. Biol. - 1993. - V. 160. - P. 355-368.

76. Ladoux B., Nicolas A. Physically based principles of cell adhesion mechanosensitivity in tissues // Rep. Prog. Phys. - 2012. - V. 75. - № 11. -25 pp.

77. Lammerding J., Schulze P.C., Takahashi T., Kozlov S., Sullivan T., Kamm R.D., Stewart C.L., Lee R.T. Lamin A/C deficiency causes defective nuclear mechanics and mechanotransduction // J. Clin. Invest. - 2004. - V. 113. - № 3. - P. 370-378.

78. Landström, U. On the differentiation of prospective ectoderm to a cilictad cell pattern in embryos of Ambystoma mexicanum II J. Embryol. exp. Morph. -1977.-V. 41.-P. 23-32.

79. Larsen M., Artym V.V., Green J.A., Yamada K.M. The matrix reorganized: extracellular matrix remodeling and integrin signaling // Curr. Opin. Cell Biol. - 2006. - V. 18. - № 5. - P. 463-471.

80. Lecuit Th., Lenn P.-Fr. Cell surface mechanics and the control of cell shape, tissue patterns and morphogenesis // Nature Reviews Molecular Cell Biology. - 2007. - V. 8. - P. 633-644.

81. Lewis I., Held Jr. Bristle patterning in Drosophila II BioEsseys. - 1991. - V. 13.-№ 12.-P. 633-640.

82. Lienkamp S., Ganner A., Boehlke C., Schmidt T., Arnold S.J., Schafer T., Romaker D., Schuler J., Hoff S., Powelske C., Eifler A., Kronig C., Bullerkotte A., Nitschke R., Kuehn E.W., Kim E., Burkhardt H., Brox T., Ronneberger O., Gloy J., Walz G. Inversin relays Frizzled-8 signals to

promote proximal pronephros development // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. -2010. - V. 107. - P. 20388-20393.

83. Lodish H., Berk A., Matsudaira P., Kaiser C.A., Krieger M., Scott M.P., Zipursky L., Darnell J. Molecular Cell Biology, Fifth Edition. - UK: Freeman, 2003. - 973 p.

84. Lu B., Usui T., Uemura T., Jan L., Jan Y.-N. Flamingo controls the planar polarity of sensory bristles and asymmetric division of sensory organ precursors in Drosophila II Curr. Biol. - 1999. - V. 9. - P. 1247-1250.

85. Ma D., Yang C. H., McNeill H., Simon M. A., Axelrod J. D. Fidelity in planar cell polarity signaling // Nature. - 2003. - V. 421. - P. 543-547.

86. Mammoto A., Mammoto T., Ingber D.E. Rho signaling and mechanical control of vascular development // Curr. Opin. Hematol. - 2008. - V. 15. - Jte 3.-P. 228-234.

87. Maniotis A.J., Chen C.S., Ingber D.E. Demonstration of mechanical connections between integrins, cytoskeletal filaments and nucleoplasm that stabilize nuclear structure // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. - 1997. - V. 94. -№3.-P. 849-854.

88. Mao Y., Mulvaney J., Zakaria S., Yu T., Morgan K. M., Allen S., Basson M. A., Francis-West P., Irvine K. D. Characterization of a Dchsl mutant mouse reveals requirements for Dchsl-Fat4 signaling during mammalian development // Development. - 2011. - V. 138. - P. 947-957.

89. Mao Y., Rauskolb C., Cho E., Hu W. L., Hayter H., Minihan G., Katz F. N., Irvine K. D. Dachs: an unconventional myosin that functions downstream of Fat to regulate growth, affinity and gene expression in Drosophila II Development. -2006. - V. 133.-P. 2539-2551.

90. Marcet B., Chevalier B., Luxardi G., Coraux C., Zaragosi L.E., Cibois M., Robbe-Sermesant K., Jolly T., Cardinaud B., Moreilhon C., Giovannini-

Chami L., Nawrocki-Raby B., Birembaut P., Waldmann R., Kodjabachian L., Barbry P. Control of vertebrate multiciliogenesis by miR-449 through direct repression of the Delta/Notch pathway // Nat Cell Biol. - 2011. -V. 13. - P. 693-699.

91. Marlow F., Topczewski J., Sepich D., Solnica-Krezel L. Zebrafish Rho kinase 2 acts downstream of Wntll to mediate cell polarity and effective convergence and extension movements // Curr. Biol. - 2002. - V. 12. - P. 876-884.

92. Matakatsu H., Blair S.S. Interactions between Fat and Dachsous and the regulation of planar cell polarity in the Drosophila wing // Development. -2004.-V. 131.-P. 3785-3794.

93. Matakatsu H., Blair S.S. Separating the adhesive and signaling functions of the Fat and Dachsous protocadherins // Development. - 2006. - V. 133. - P. 2315-2324.

94. May-Simera H.L., Kai M., Hernandez V., Osborn D.P., Tada M., Beales P.L. Bbs8, together with the planar cell polarity protein Vangl2, is required to establish left-right asymmetry in zebrafish // Dev Biol. - 2010. - V. 345. - P. 215-225.

95. McBeath R., Pirone D.M., Nelson C.M., Bhadriraju K., Chen C.S. Cell shape, cytoskeletal tension, and RhoA regulate stem cell lineage commitment // Dev. Cell. - 2004. - V. 6. - № 4. - P. 483^195.

96. Mitchell B., Stubbs J.L., Huisman F., Taborek P., Yu C., Kintner C. The PCP pathway instructs the planar orientation of ciliated cells in the Xenopus larval skin // Curr Biol. - 2009. - V. 19. - P. 924-929.

97. Mitchell B., Jacobs R., Li J., Chien S., Kintner C. A positive feedback mechanism governs the polarity and motion of motile cilia // Nature. - 2007. -V. 447.-P. 97-101.

98. Mitrossilis D., Fouchard J., Guiroy A., Desprat N., Rodriguez N., Fabry B., Asnacios A. Single-cell response to stiffness exhibits muscle-like behavior // Proc. Natl Acad. Sci. USA. - 2009. - V. 106. - P. 18243-18248.

99. Munevar S., Wang Yu-li, and Dembo M., Regulation of mechanical interactions between fibroblasts and the substratum by stretch-activated Ca2+ entry // Journal of Cell Science. - 2004. V. - 117. - P. 85-92.

100. Nieuwkoop P.D., Faber J. Normal table of Xenopus laevis (Daudin). -Amsterdam: North-Holland Publ. Co., 1956. - 243 p.

101. Nonaka S., Yoshiba S., Watanabe D., Ikeuchi S., Goto T., Marshall W. F., Hamada H. De novo formation of left-right asymmetry by posterior tilt of nodal cilia // PLoS Biol. - 2005. - V. 3. - P. 1467-1472.

102. Norvell S.M., Alvarez M., Bidwell J.P., Pavalko F.M. Fluid shear stress induces beta-catenin signaling in osteoblasts // Calcif. Tissue Int. - 2004. - V. 75. -P. 396^04.

103. Pan J., You Y., Huang T., Brody S.L. RhoA-mediated apical actin enrichment is required for ciliogenesis and promoted by Foxjl // J. Cell Sci. - 2007. - V. 120.-P. 1868-1876.

104. Panizzi J.R., Jessen J.R., Drummond I.A., Solnica-Krezel L. New functions for a vertebrate Rho guanine nucleotide exchange factor in ciliated epithelia // Development. - 2007. - V. 134. - P. 921-931.

105. Park T. J., Haigo S. L., Wallingford J. B. Ciliogenesis defects in embryos lacking inturned or fuzzy function are associated with failure of planar cell polarity and Hedgehog signaling // Nat. Genet. - 2006. - V. 38. - P. 303-311.

106. Park T.J., Mitchell B.J., Abitua P.B., Kintner C., Wallingford J.B. Dishevelled controls apical docking and planar polarization of basal bodies in ciliated epithelial cells. Nat. Genet. - 2008. - V. 40. - P. 871-879.

107. Parker K.K., Brock A.L., Brangwynne C., Mannix R.J., Wang N., Ostuni E., Geisse N.A., Adams J.C., Whitesides G.M., Ingber D.E. Directional control of lamellipodia extension by constraining cell shape and orienting cell tractional forces // FASEB J. - 2002. - V. 16. - № 10. - P. 1195-1204.

108. Pelham R.J. Jr., Wang Y.I. Cell locomotion and focal adhesions are regulated by substrate flexibility // Proc. Natl. Acad. Sci. - 1997. - V. 94. - P. 1366113665.

109. del Pozo M.A., Alderson N.B., Kiosses W.B., Chiang H.H., Anderson R.G., Schwartz M.A. Integrins regulate Rac targeting by internalization of membrane domains // Science. 2004. - V. 303. - № 5659. - P. 839-842.

110. Putnam A. J., Schultz K., Mooney D. J. Control of microtubule assembly by extracellular matrix and externally applied strain // Am. J. Physiol. - 2001. -V. 280.-P. C556-C564.

111. Quigley I.K., Stubbs J.L., Kintner C. Specification of ion transport cells in the Xenopus larval skin // Development. - 2011. - V. 138. - P. 705-714.

112. Rauch C., Brunet A.C., Deleule J., Farge E. C2C12 myoblast/osteoblast transdifferentiation steps enhanced by epigenetic inhibition of BMP2 endocytosis // Am. J. Physiol. Cell Physiol. - 2002. - V. 283. - № 1. - P. C23 5-243.

113. Rogulja D., Rauskolb C., Irvine K. D. Morphogen control of wing growth through the Fat signaling pathway // Dev. Cell. - 2008. - V. 15. - P. 309-321.

114. Saburi S., Hester I., Fischer E., Pontoglio M., Eremina V., Gessler M., Quaggin S.E., Harrison R., Mount R., Mcneill H. Loss of Fat4 disrupts PCP signaling and oriented cell division and leads to cystic kidney disease // Nat. Genet. - 2008. - V. 40. - P. 1010-1015.

115. Shakibaei M., Mobasheri A. Beta-integrins co-locolize with Na,K-ATP-ase, epithelial sodium channels (ENaC) and voltage activated calcium channels

(VaCC) in mechanoreceptor complexes of mous limb-bud chondrocytes // Histol. Histopathol. - 2003. - V. 18.-№2.-P. 343-351.

116. Sienknecht U.J., Anderson B.K., Parodi R.M., Fantetti K.N., Fekete D.M. Non-cell-autonomous planar cell polarity propagation in the auditory sensory epithelium of vertebrates // Dev. Biol. - 2011. - V. 352. - P. 27-39.

117. Simon M. A. Planar cell polarity in the Drosophila eye is directed by graded Four-jointed and Dachsous expression // Development. - 2004. - V. 131. - P. 6175-6184.

118. Simon M. A., Xu A., Ishikawa H. O., Irvine K. D. Modulation of Fat-Dachsous binding by the cadherin domain kinase Four-Jointed // Curr. Biol. -2010.-V. 20.-P. 811-817.

119. Simons M., Gloy J., Ganner A., Bullerkotte A., Bashkurov M., Kronigc., Schermer B., Benzing T., Cabello O.A., Jenny A., Mlodzik M., Polok B., Driever W., Obara T., Walz G. Inversin, the gene product mutated in nephronophthisis type II, functions as a molecular switch between Wnt signaling pathways // Nat. Genet. - 2005. - V. 37. - P. 537-543.

120. Skoglund P., Rolo A., Chen X., Gumbiner B. M., Keller R. Convergence and extension at gastrulation require a myosin IIB-dependent cortical actin network // Development. - 2008. - V. 135. - P. 2435-2444.

121. Song H., Hu J., Chen W., Elliott G., Andre P., Gao B., Yang Y. Planar cell polarity breaks bilateral symmetry by controlling ciliary positioning // Nature. - 2010. - V. 466. - P. 378-382.

122. Sopko R., Silva E., Clayton L., Gardano L., Barrios-Rodiles M., WranaJ., Varelas X., Arbouzova N., Shaw S., Saburi S. Matakatsu H., Blair S., McNeill H. Phosphorylation of the tumor suppressor Fat is regulated by its ligand Dachsous and the kinase Discs Overgrown // Curr. Biol. - 2009. - V. 19. - P. 1112-1117.

123. Staple D.B., Farhadifar R., Roper J.C. Aigouy B., Eaton S., Julicher F. Mechanics and remodelling of cell packings in epithelia // Eur. Phys. J. E. -2010. - V. 33. - № 2. - P. 117-127.

124. Strutt D., Johnson R., Cooper K., Bray S. Asymmetric localisation of Frizzled and the determination of Notch-dependent cell fate in the Drosophila eye // Curr. Biol. - 2002. - V. 12. - P. 813-824.

125. Strutt H., Mundy J., Hofstra K., Strutt D. Cleavage and secretion is not required for Four-jointed function in Drosophila patterning // Development. -2004.-V. 131.-P. 881-890.

126. Strutt H., Strutt D. Nonautonomous planar polarity patterning in Drosophila: dishevelled-independent functions offrizzled II Dev. Cell. - 2002. - V. 3. - P. 851-863.

127. Stubbs J.L., Davidson L., Keller R., Kintner C. Radial intercalation of ciliated cells during Xenopus skin development // Development. - 2006. - V. 133. -№ 13.-P. 2507-2515.

128. Stubbs J.L., Oishi I., Izpisua Belmonte J.C., Kintner C. The forkhead protein Foxjl specifies node-like cilia in Xenopus and zebrafish embryos // Nat Genet. - 2008. - V. 40. - P. 1454-1460.

129. Sugihara K., Nakatsuji N., Nakamura K., Nakao K., Hashimoto R., Otani H., Sakagami H., Kondo H., Nozawa S., Aiba A., Katsuki M. Racl is required for the formation of three germ layers during gastrulation // Oncogene. - 1998. -V. 17.-P. 3427-3433.

130. Tahinci E., Symes K. Distinct functions of Rho and Rac are required for convergent extension during Xenopus gastrulation // Dev. Biol. - 2003. - V. 259.-P. 318-335.

131. Taylor J., Abramova N., Charlton J., Adler P. N. Van Gogh: a new Drosophila tissue polarity gene // Genetics. - 1998. - V. 150. - P. 199-210.

132. Theisen H., Purcell J., Bennett M., Kansagara D., Syed A., Marsh J. L. dishevelled is required during wingless signalling to establish both cell polarity and cell identity // Development. - 1994. - V. 120. - P. 347-360.

133. Tissir F., Qu Y., Montcouquiol M., Zhou L., Komatsu K., Shi D., Fujimori T., Labeau J., Tyteca D., Courtoy P., Poumay Y., Uemura T., Goffinet A.M. Lack of cadherins Celsr2 and Celsr3 impairs ependymal ciliogenesis, leading to fatal hydrocephalus // Nat. Neurosci. - 2010. - V. 13. - P. 700-707.

134. Twitty, V.C. Experimental studies on the ciliary action of amphibian embryos // J. Exp. Zool. - 1928. -V. 50. - P. 310-344.

135. Tung, T.C., and Tung, Y.-F.Y. Experimental studies on the determination of polarity of ciliary action in anuran embryos // Arch. Biol. (Liege) 1940. - V. 51.-P. 203-218.

136. Vinson C.R., Adler P.N. Directional non-cell autonomy and the transmission of polarity information by the frizzled gene of Drosophila II Nature. - 1987. -V. 329.-P. 549-551.

137. Wang Y., Guo N., Nathans J. The role of Frizzled3 and Frizzled6 in neural tube closure and in the planar polarity of inner-ear sensory hair cells // J. Neurosci. - 2006. - V. 26. - P. 2147-2156.

138. Wang Y., Nathans J. Tissue/planar cell polarity in vertebrates: new insights and new questions // Development. - 2007. - V. 134. - № 4. - P. 647-658.

139. Warchol M.E., Montcouquiol M. Maintained expression of the planar cell polarity molecule Vangl2 and reformation of hair cell orientation in the regenerating inner ear // J. Assoc. Res. Otolaryngol. - 2010. - V. 11. - P. 395-406.

140. Wei L., Roberts W., Wang L., Yamada M., Zhang S., Zhao Z., Rivkees S.A., Schwartz R.J., Imanaka-Yoshida K. Rho kinases play an obligatory role in

vertebrate embryonic organogenesis // Development. - 2001. - V. 128. - P. 2953-2962.

141. Werner M.E., Mitchell B.J. Understanding ciliated epithelia: the power of Xenopus // Genesis. - 2012. - V. 50. - № 3. - P. 176-85.

142. Werner M.E., Hwang P., Huisman F., Taborek P., Yu C.C., Mitchell B.J. Actin and microtubules drive differential aspects of planar cell polarity in multiciliated cells // J. Cell Biol. - 2011. - V. 195. - P. 19-26.

143. Wilson P.A., Oster G., Keller R. Cell rearrangements and segmentation in Xenopus: direct observations of cultured explants // Development. - 1989. -V. 105.-P. 155-166.

144. Wolfe J., Dowgert M.F., Steponkus P.L. Mechanical study of the deformation and rupture of the plasma membranes of protoplasts during osmotic expansions // J. Membran. Biol. - 1986. - V. 93. - P. 63-74.

145. Wiinnenberg-Stapleton K., Blitz I.L., Hashimoto C., Cho K.W.Y. Involvement of the small GTPases XRhoA and Xrndl in cell adhesion and head formation in early Xenopus development // Development. - 1999. -V. 126.-P. 5339-5351.

146. Yamamoto N., Okano T., Ma X., Adelstein R.S., Kelley M.W. Myosin II regulates extension, growth and patterning in the mammalian cochlear duct // Development. - 2009. - V. 136. - P. 1977-1986.

147. Yang C.-h., Axelrod J.D., Simon M.A. Regulation of Frizzled by Fat-like cadherins during planar polarity signalling in the Drosophila compound eye // Cell. - 2002. - V. 108. - P. 675-688.

148. Ybot-Gonzalez P., Savery D., Gerrelli D., Signore M., Mitchell C.E., Faux C.H., Greene N.D.E., Copp A.J. Convergent extension, planar-cell-polarity signalling and initiation of mouse neural tube closure // Development. -2007.-V. 134.-P. 789-799.

149. Yu X., Ng C.P., Habacher H., Roy S. Foxjl transcription factors are master regulators of the motile ciliogenic program // Nat Genet. - 2008. - V. 40. - P.

1445-1453.

150. Zeidler M.P., Perrimon N., Strutt D.I. The four-jointed gene is required in the Drosophila eye for ommatidial polarity specification // Curr. Biol. -1999. -V. 9.-P. 1363-1372.

151. Zeidler M.P., Perrimon N., Strutt D.I. Multiple roles for four-jointed in planar polarity and limb patterning // Dev. Biol. - 2000. - V. 228. - P. 181-196.

152. Zeng H., Hoover A.N., Liu A. PCP effector gene Inturned is an important regulator of cilia formation and embryonic development in mammals // Dev. Biol.-2010.-V. 339.-P. 418-428.

(0) (4) (3)

ПКс, сэндвичи из передней части крыши бластоцеля

(3) (2) (3) (0) (0) (4)

ЗКс, сэндвичи из задней части крыши бластоцеля

из

крыши бластоцеля (4)

КБс, сэндвичи

(4) (2) (2)

ПК+ЗК

(3) (3) (4) (1) (4)

Рисунок П1. Карты потоков окружающей жидкости для различных типов сэндвичей.

Обозначения такие же как на рис. 19. Передне-задняя ось располагается горизонтально.

Таблица П2. Значения (в процентах от первоначального расстояния между иглами) суммарного растяжения отдельных сэндвичей после трёх последовательных растяжений. Сокращения: тян. - растянутые; перп. - перпендикулярно; АР - переднезадняя ось.

ПКс тян. ПКс тян. ЗКс тян. ЗКс тян.

по АР перп. АР по АР перп. АР

232 167 177 262

259 92 211 217

254 136 231 289

197 270 127 235

198 149 106 269

296 199 159

139

200

117

270

240

210

180

150

ПКс тян. перп. АР ЗКс тян. по АР

ПКс тян. по АР ЗКс тян. перп. АР

Рисунок П2. Средние значения суммарного растяжения сэндвичей. По оси абсцисс -

типы образцов, по оси ординат - значения суммарного растяжения. I - стандартная ошибка.

ПКс, растянутые поперёк АР

(2)

(4) (3) (3)

ПКс, растянутые вдоль АР

(4)

#

(2)

ЗКс, растянутые поперёк АР

(4)

ЗКс, растянутые вдоль АР

(4)

(2)

(1)

Рисунок ПЗ. Карты потоков окружающей жидкости для растянутых сэндвичей.

Обозначения такие же как на рис. 19. Передне-задняя ось располагается горизонтально.

Таблица П4. Количество образцов с разными паттернами потоков окружающей жидкости, создаваемых РК. Обозначения: «хаотический» - паттерн потоков хаотический; «полностью упоряд. (1 область)» - паттерн потоков полностью упорядочен в одном направлении в пределах одной большой области, покрывающей весь сэндвич; «2 области», «3 области», «4 области» - в сэндвиче можно выделить 2, 3, или 4, соответственно, крупные области, в каждой из которых потоки упорядочены вдоль определённого направления. Сокращения: перп. - перпендикулярно.

КБс ПКс ЗКс ПК+ зк ПКс растянутые перп. АР оси ПКс растянутые вдоль АР оси ЗКс растянутые перп. АР оси ЗКс растянутые вдоль АР оси

хаотический 4 4 1 1 1 0 0 0

полностью упоряд. (1 область) 1 0 4 2 0 0 5 1

2 области 1 1 6 0 5 5 1 2

3 области 2 5 2 3 4 2 3 4

4 области 3 2 2 4 1 1 0 0

всего образцов 11 12 15 10 11 8 9 7

Таблица П5. Преимущественное направление создаваемых PK потоков окружающей жидкости в сэндвичах относительно оси растяжения. Обозначения: «хаотический» -хаотический паттерн потоков; «от присоски» - потоки радиально расходятся от присоски; «перп. оси раст. (1 напр.)» - потоки направлены перпендикулярно оси растяжения в одном направлении; «перп. оси раст. (2 напр.)» - потоки направлены перпендикулярно оси растяжения, но относительно неё имеются области с двумя взаимно противоположными направлениями потоков; «по оси раст. (1 напр.)» - потоки направлены вдоль оси растяжения в одном направлении; «по оси раст. (2 напр.)» - потоки направлены вдоль оси растяжения, но относительно неё имеются области с двумя взаимно противоположными

направлениями потоков; «нет преим. напр.» - нельзя выделить преимущественное направление потоков жидкости в образце. Сокращения: перп. - перпендикулярно.

ПКс не растянутые, ось АР ПКс растянутые вдоль АР оси ПКс не растянутые, ось перп. АР ПКс растянутые перп. АР оси ЗКс не растянутые, ось АР ЗКс растянутые вдоль АР оси ЗКс не растянутые ось перп. АР ЗКс растянутые переп. АР оси

хаотический 4 0 4 1 1 0 1 0

от присоски 0 0 0 0 2 0 2 3

перп. оси раст. (1 напр.) 0 3 1 5 0 2 3 4

перп. оси раст. (2 напр.) 0 2 2 3 2 0 0 1

по оси раст. (1 напр.) 2 0 0 0 3 3 0 0

по оси раст. (2 напр.) 1 0 0 0 0 0 2 0

нет преим. напр. 5 3 5 2 7 2 7 1

всего образцов 12 8 12 11 15 7 15 9

Таблица П6. Полярность трансплантатов относительно полярности зародышей-реципиентов. Сокращения: пов. - повёрнутый на 180°, контр. - контрольный. Легенда: «0» - полярность трансплантата полностью совпадает с полярностью реципиента, «3» -полярность трансплантата чётко повёрнута на 180° относительно полярности реципиента. 1,2 - промежуточные характеристики полярности.

степень совпадения полярности ПКт пов. ПКт контр. ЗКт пов. ЗКт контр.

0 4 0 1 2

1 1 5 2 0

2 1 0 2 1

3 1 0 0 0

всего образцов 7 5 5 3