Управление скоростью цикла и клеточная дифференцировка

Для того чтобы учесть клеточную дифференцировку у многоклеточных, необходимо внести в рис. 3.4 небольшое изменение. Суть этого изменения видна из рис. 3.7. Здесь стрелка, выходящая из клеточного цикла после М, показывает, что клетки в этой точке бифуркации принимают решение: вступить ли им на путь дифференцировки или продолжить движение по циклу. Исследователи расходятся в своих мнениях о том, в какой момент происходит это отклонение — сразу после М или в некоторой точке фазы . Однако поскольку дифференцирующиеся клетки в основном диплоидны, а не тетра- и более плоидны, то нормальный путь к дифференцировке, по-видимому, действительно начинается сразу после митоза, а не из фазы Эта закономерность, конечно, имеет свои исключения, как почти все биологические закономерности, поскольку организмы для достижения своих целей используют огромное множество разных стратегий.

Рис. 3.7. Клеточный цикл эукариотов с ответвлением, ведущим к клеточной дифференцировке

У схемы, представленной на рис. 3.7, имеется одна особенность, которая вводит в заблуждение и должна рассматриваться как недостаток: может показаться, что процесс клеточной дифференцировки и клеточный цикл работают по принципу «все или ничего», хотя на самом деле это не так. В течение эмбриогенеза, по мере того как происходят органогенез и клеточная дифференцировка, темп клеточных делений постепенно падает, но промежуточные состояния определенно существуют: частично дифференцированные клетки (миобласты, эритробласты, нейробласты и т. д.) продолжают делиться. Кроме того, четко различимы между собой линии стволовых клеток различных тканей органов у взрослых (тех органов, которые сохраняются в стационарном состоянии путем непрерывного возобновления клеток и дифференцировки, как, например кожа, печень, почка и т. д.), хотя их роль состоит в том, чтобы делиться со скоростью, определяемой некоторыми критериями, характеризующими потребности ткани или органа (используя язык теории управления). Хотя в таких системах клетки, которые в ответ на стимул к дифференцировке покидают стволовую популяцию, изменяют свое состояние, как правило, внезапно, нельзя считать,

что этот процесс протекает строго по принципу «все или ничего». Чтобы передать гибкость связи между клеточным циклом и клеточной дифференцировкой, нужна гораздо более динамическая картина, чем та, которая дана на рис. 3.7.

Теперь мне хотелось бы остановиться на некоторых исследованиях, дающих динамическую картину тканевой организации и в то же время допускающих построение и исследование модели тканевого гомеостаза с отрицательной обратной связью. Аналогично тому, как проблема управления репликацией ДНК привела нас к вопросу о том, каким образом клетки измеряют свои размеры, проблема управления клеточной дифференцировкой в ткани заставляет исследовать задачу поддержания ее пространственной организации. Это подводит нас к другому уровню биологической иерархии, характерному для многоклеточных. Динамически мы все еще работаем в пределах эпигенетической системы, хотя время теперь измеряется днями. Это происходит потому, что период клеточного цикла высших организмов обычно лежит в диапазоне 10-100 ч.