Значение поверхностных мембран в регуляции индукционных процессов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.11, кандидат биологических наук Земчихина, Валентина Николаевна

• Земчихина, Валентина Николаевна
• кандидат биологических наук
• 0

Заключение диссертации по теме «Эмбриология, гистология и цитология», Земчихина, Валентина Николаевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Суммируя итоги работы, можно сделать следующие выводы: работа исходила не из изолированного анализа частного вопроса, а из его связи с основными, актуальными проблемами современного исследования развития организмов, после того как они перешли на молекулярный уровень (Сигс1оп 1987,1992). Осознание необходимости такого анализа привело к критическому пересмотру представлений о механизмах действия индукционных факторов. Если сначала молекулярный анализ таких механизмов ввел попытку прежде всего выделить индуцирующий фактор, то критерий для этой работы оставались неопределенными, неясно было должен ли это был быть фактор, вызывающий образование отдельного клеточного типа или ткани, или фактор вызывающий индукцию вообще. Попытки выделить его биохимическим путем (1956-1996) не привели к выделению избирательно действующего фактора, а только фактора, который, как постепенно выяснилось, обладает способностью к индукции самых разнообразных клеточных типов. То же относится и развивавшемуся позже с 1987 интенсивного изучения различных ростовых факторов, которые как оказалось при их действии на стадии гаструлы могут действовать так же, как индуцирующие факторы. Поэтому для понимания задачи собственных опытов было необходимо предварительно проанализировать совокупность существующих данных и найти в ней их место, чему служила теоретическая часть диссертации.

Теоретический анализ подсказал далее, что ни какой отдельный фактор, если он действует избирательно , не в состоянии вызвать совокупность клеточных типов в организме. Клеточных типов около 200 в организме, а ступеней индукции 4-5, и уже из этого следовало, что фактор действующий на определенном этапе развития не может быть избирательно индуцирующим, а только индуцировать комплексы клеточных типов. Один из путей достижения избирательности при действии одного фактора был выяснен, это

43 концентрация действующего фактора (Grunz 1983, Gurdon 1994,1996), в зависимости от которых , стимулируется экспрессия различных генов и возникают разные клеточные типы.

Но и этого было недостаточно для понимания специализации клеточных типов в развитии. Существовала возможность специализации другого типа, состоящая в том, что по этапам развития индукционные факторы меняются. Когда возникают, вследствие индукции, новые клеточные типы, они начинают сами выделять индуцирующие факторы с другой специфичностью. С ними связаны последующие фазы индукционных процессов в пределах которых возникают клетки с устойчивой терминальной дифференцировкой, которые уже ничего не индуцируют. Вот этот поток событий заставляет подходит к исследованию процессов индукции не вообще, а в зависимости от их положения в этой иерархии. Именно попытки подойти к проблеме индуцирующих факторов вообще было причиной неудач выдающихся исследований молекулярных аспектов индукции. Но система связей, опосредующих развитие, оказывается неполной и при рассмотрении только индукционных процессов. Ведь при индукции действующие факторы сталкиваются не с какими то одинаковыми реагирующими клетками, а с клетками, обладающими определенной компетенцией, которая с одной стороны по-видимому меняется автономно по стадиям развития, в том числе при изоляции клеток in vitro (Holtfreter 1938, Grainger & Gurdon 1991) . Но если на эти клетки производится какое-либо индукционное влияние, то и реакция на него оказывается зависящей от этой компетенции. Ее механизмы только начинают уточняться (Blau 1989, Dyson & Gurdon 1998) и они по-видимому лежат на уровне взаимоотношений мембранных рецепторов и внутриядерных факторов. Простое перенесение данных, полученных только на уровне эктодермы ранней гаструлы на все развитие не вполне законно, хотя бы потому, что после этой стадии компетенция ткани к реакции на индукцию ограничивается, но не исчезает вовсе. Поэтому в опытах по изучению индуцирующих факторов необходимо учитывать не только их, но и компетенцию реагирующих клеток , что делается еще недостаточно. Последнее непосредственно связано с данной работой. А только ли ограничение обусловленное компетенцией следует учитывать при исследовании индукции, в частности при индукции глаза, который избран как объект в данной работе, от индукции зачатков глаз в эктодерме гаструлы, через индукцию зачатков глаз, линз на следующих стадиях, вплоть до получения линз под действием сетчатки из наружной роговицы у головастиков Xenopus (Bosco1988) и их появление путем трансдифференцировки из пигментного эпителия и сетчатки всех позвоночных в специальных культурах ( Eguchi 1988, Kodama & Eguchi 1995, Okada 1991). Но есть еще одна возможность и на нее указывали еще до нас данные Боско (1988). У головастиков Xenopus возможна регенерация линзы из наружной роговицы, но не вообще, а только при условии прободения внутренней роговицы, служащей барьером для поступления сетчаточных факторов (родственных факторам роста наружной роговицы). Следовательно, мембраны, предотвращающие влияние индуцирующих факторов на реагирующие клетки, могут быть последним из известных факторов, регулирующих индукцию.

Исходя из этой возможности было предпринято настоящее исследование, цель которого- выяснить роль мембран в индукции классического объекта с которого начиналось изучение индукции = индукции линз. В последних работах посвященных переисследованию этого вопроса Греинджер (Servetnick & Grainger 1991, Grainger 1992) полагает, что способность к индукции линз ограничивается только стадией раннего глазного пузыря; но существующие данные по испытанию компетенции эктодермы к образованию линз указывают, что она существует (у хвостатых амфибий) и на стадии ранней нейрулы. Поэтому вполне возможно, что это ограничение индукции линз связано с

45 появлением мембран на поверхности зачатка глаз. Существование этих мембран, препятствующих индукции показано в вышеизложенных опытах. Таким образом, настоящая работа, в которой мы попытались объединить теоретический анализ, недоступный отдельным экспериментальным исследованиям, и собственно оригинальный подход к изучению отдельного звена в индукции линзы соединяет, как представляется, по мере возможности эти обе стороны исследования процессов развития и может облегчить подходы к их дальнейшему изучению.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Земчихина, Валентина Николаевна, 0 год

1. Генке 1937 Физиология развития рисунков животных. Москва-Ленинград,1. Биомедгиз.

2. Голубева О.Н., Лопашов Г.В. 1999 Индукционная способность веществ выделяемых живой сетчаткой в культуре. Докл. РАН в печ. Земчихина В.Н. и Лопашов Г.В. 1997 - Значение поверхностных мембран зачатков глаз для индукции линз. ДАН 356, 409-411.

3. Земчихина В.Н., Костюк Р.В., Лопашов Г.В. 1999 Изоляция линзоиндуцирующего фактора из живого линзового эпителия кур. Докл.РАН в печ.

4. Лопашов Г.В. 1941 Формообразовательные поля мезодермы у зародышей амфибий. ДАН 30, 761-764.

5. Лопашов Г.В. 1960 Механизмы развития зачатков глаз в эмбриогенезе позвоночных. Москва, Изд. АН СССР.

6. Лопашов Г.В. и Хоперская О.А. 19 67 О характере клеточных взаимодействийпри дифференцировке зачатков глаз амфибий. ДАН, 175, 962-965.

7. Лопашов Г.В. и Земчихина В.Н. 1999 Основные этапы индукционныхпроцессов в развитии. Журнал общей биологии (в печати).

8. Albers В. 1987 Competence as the main factor determining the size of the neuralplate. Devel.Growth Differ. 29, 535-545.

9. Asashima M. 1994 Mesoderm induction during early amphibian development. Devel. Growth Differ. 36, 343-355.

10. Ariizumi T., Moriya N., Uchiyama H. & Asashima M. 1991 Concentration-dependent inducing activity of activin A. Roux Arch.Devel.Biol. 200, 230-233. Blau H.M. 1989 - How fixed is the differentiated state? Trends in Genetics 5, 268272.

11. Bosco L. 1988 Transdifferentiation of ocular tissues in larval Xenopus laevis. Differentiation 39, 4-15.

12. Crick F.H.C. 1970 Diffusion in embryogenesis. Nature 225, 420-422.

13. Dyson S. & Gurdon J.B. 1988 The interpretation of position in a morphogengradient as revealed by occupancy of activin receptors. Cell 93, 557-568.

14. Eguchi G. 1988 Cellular and molecular background of Wolffian lens regeneration.

15. Cell Differ. Devel. 25, 147-158.

16. Eguchi G. & Kodama R. 1993 Transdifferentiation. Curr.Opinion in Cell Biol. 5, 1023-1028.

17. Gillespie L.L., Paterno G.D. & Slack J.M.W. 1989 Analysis of competence: receptors for fibroblast growth factor in early Xenopus embryos. Development 106, 203-208.

18. Grainger R.M. 1992 Embryonic lens induction: shedding light on vertebrate tissue determination. Trends in Genetics 8, 349-355.48

19. Grainger R.M. 1996 New perspectives on embryonic lens induction. Semin. Cell Devel.Biol.149-155.

20. Grobstein C. 1962 Interactive processes in cytodifferentiation. J.cell.comp.Physiol. 60 (suppl.1), 35-48.

21. Grunz H. 1983 Change in differentiation pattern of Xenopus laevis gastrula ectoderm by variation of the incubation time and concentration of vegetalizing factor. Roux Arch.Devel.Biol. 192,130-137.

22. Gurdon J.B. 1988 A community effect in animal development. Nature 336, 772-774. Gurdon J.B. 1992 - The generation of diversity and pattern in animal development. Cell 68, 185-199.

23. Gurdon J.B.Tiller E., Roberts J & Kato K. 1993 A community effect in muscle development. Curr.Biol. 3, 1-11.

24. Gurdon J.B., Harger P.,Mitchell A. & Lemaire P. 1994 Activin signalling and response to a morphogen gradient. Nature 373, 487-492.

25. Holtfreter J. 1938- Veränderungen der Reaktionsweise in isolierton alternden Gastrulaectoderm. Roux Arch. Entw.-Mech. 138, 163-196.

26. Holtfreter J. 1947 Neural induction in explants which have passed through subletal cytolysis. J.exp.Zool. 106,197-222.

27. Kawakami I. 1976 Fish swimbladder: an excellent mesodermal inductor in primary embryonic induction. J. Embryol.exp.Morph. 36 , 315-320.49

28. Jacobson A G. & Sater A.K. 1988- Features of embryonic induction. Development 104, 341-359.

29. Kaneda T. 1981- Studies on the formation and state of determination of the trunk organizer in the newt Cynops pyrrhogaster III. Tangential induction in the dorsal marginal zone. Devel.Growth.Differ. 23, 553-564.

30. Kodama G. & Eguchi G. 1995 From lens regeneration in the newt to in vitro transdifferentiation of vertebrate pigmented epithelial cells. Semin.Cell.Biol. 6, 143149.

31. Nijhout H.F. 1991 The development and evolution of butterfly wing patterns. Random House (Smithsonian Institute Press), Washington.

32. Niu M.C. 1956 New approaches to the problem of embryonic induction. In: Cellular Mechanisms of Differentiation and Growth, 153-171 (ed. by D.Rudnick).Princeton1. University Press.

33. Nogawa H. & Takahashi Y. 1991 Substitution for mesenchyme by basement-membrane-like substratum and epidermal growth factor in inducing branching morphogenesis of mouse salivary epithelium. Development 112, 855-861.

34. Nogawa H. & Ito T. 1995 Branching morphogenesis of embryonic mouse lungepithelium in mesenchyme-free culture. Development 121, 1015-102.

35. Okada T.S. 1991 Transdifferentiation. Oxford, Clarendon Press.

36. Okada T.S., Eguchi G. & Takeichi M. 1971 The expression of differentiation bychicken lens epithelium in in vitro cell culture. Devel.Growth Differ. 13, 323-335.

37. Okada T.S., Eguchi G. & Takeichi M. 1973 The retention of differentiated propertiesby lens epithelial cells in clonal cell culture. Devel.Biol. 34, 321-333.

38. Reyer R.W. 1977 The amphibian eye: Development and regeneration.

39. Handb.Sens.Physiol. VII/5, 309-390.

40. Servetnick M. & Grainger R.M. 1991 Changes in neural and lens competence in Xenopus ectoderm: evidence for an autonomous developmental timer. Development112, 177-188.

41. Slack J.M.V. Regional biosyn thetic markers in the early amphibian embryo. J. Embryol. Exp. Morph. 80, 289-319.

42. Slack J.M.V., Darlington L.L., Godsave F.F.,Isaacs H.V. & Paterno G.D. 1990 -Mesoderm induction by fibroblast growth factor in early Xenopus development. Phil.Trans. R. Soc. London B327, 75-84.

43. Smith J.C., Price B.J.M., van Nimmen K. & Huylebrook D. 1990 Identification of a potent Xenopus mesoderm-inducing factor as a homolog of activin A. Nature 345, 729-731.

44. Smith J.C. & Slack J.M.W. 1989 Dorsalization and neural induction: properties of the organizer in Xenopus laevis. J. Embryol. exp. Morphol. 78, 299-317. Spemann H.1938 - Embryonic Development and Induction. New Haven, Yale Univ. Press.

45. Takahashi Y. & Nogawa H. 1991 Branching morphogenesis of mouse salivary epithelium in basement membrane-like substratum separated from mesenchyme by the membrane filter. Development 111, 327-335.

46. Thiebaud C.H. 1983 -A reliable new cell marker in Xenopus. Devel.Biol. 98, 245-249

47. Tiedemann H. 1990 Cellular and molecular aspects of embryonic induction.1. Zool.Sci. 7, 171-186.

48. Tiedemann H., Asashima M., Born J., Grunz H., Knöchel W. & Tiedemann Hi. 1996 -Determination, induction and pattern formation in early amphibian embryos. Devel. Growth Differ. 38, 233-246.

49. Yamada T. 1958 Embryonic Induction. In: Symposium on the Chemical Basis of Development, 217-238 (ed. by W.D.McElroy & B.Glass). J.Hopkins Press