Эпиморфоз: крыло цыпленка

Развитие крыла цыпленка начинается с появления на боковой стороне эмбриона «языка» ткани, вырастающего в плавникообразную почку Конечности, которая вытягивается и постепенно превращается в характерную суставчатую структуру крыла. Сондерс (Saunders, 1948) показал, что скелетные компоненты дифференцируются в проксимально-дистальной последовательности; он также установил значение апикального эктодермального гребня в этом временном морфогенетическом процессе. С помощью определения митотического индекса и включения -тимидина (Summerbell, Lewis, 1.975) было показано, что между этой самой дистальной полоской эктодермы и лежащей под ней недифференцированной мезенхимой существует определенное взаимодействие (Zwilling, 1961). Оно имеет место почти до стадии 28, когда все элементы крыла уже заложены. Эта активно делящаяся мезенхимальная область размером около 300 мкм была названа Саммербелом, Льюисом и Волпертом (Summerbell, Lewis, Wolpert, 1973) зоной развития. Авторы построили простую модель для объяснения результатов проведенных ими детальных наблюдений за последствиями удаления апикального гребня и зоны развития в различные моменты дифференцировки конечности и за последствиями трансплантаций

отдельных участков крыльев цыпленка, взятых на разных стадиях развития (Wolpert, Lewis, Summerbell, 1975). Сущность их гипотезы состоит в том, что положение клетки определяет ее способность к дифференцировке, которая постепенно изменяется во времени до тех пор, пока клетка находится в зоне развития, но, как только клетка покидает эту зону, ее способность к дифференцировке быстро фиксируется или детерминируется. Поскольку между временем пребывания в зоне развития и полным числом циклов деления, которое испытывает клетка, существует корреляция, естественно объяснить изменение состояния клетки на основе представлений типа гипотезы квантующего митоза, что и сделали Волперт и др. (Wolpert at al., 1975). Эту гипотезу необходимо видоизменить так, чтобы совместить данные, описанные в гл. 3, с представлениями Хольцера о митозе и клеточной дифференцировке. Нужно также иметь в виду, что клеточные деления происходят в развивающемся крыле цыпленка и вне зоны развития и дифференциальный рост является важным аспектом морфогенеза конечности. Таким образом, при анализе нужна некоторая осторожность, чтобы не слишком упростить связи между клеточным циклом и состоянием клеток в конечности цыпленка.

Поскольку зона развития перемещается от боковой стороны эмбриона, оставляя после себя «след» клеток, которые по мере увеличения расстояния от боковой поверхности претерпевают постепенно все большее число клеточных делений в зоне развития, ясно, что модель дает проксимально-дистальную упорядоченность клеточных состояний, которая определяет ось «позиционной информации» вдоль конечности. Никакие градиенты диффундирующего вещества в таком процессе не участвуют, клетки просто «запоминают» свое состояние в момент, когда они покидают зону развития, с помощью некоторого детерминирующего процесса. Трудность, с которой мы сталкиваемся при построении этой модели, связана с тем, что элементы конечности цыпленка обладают некоторой регулирующей способностью, тогда как в соответствии с моделью, если клетки становятся детерминированными в тот момент, когда они оставляют зону развития, их дальнейшая судьба считается четко определенной. Волперт и др. (Wolpert et al., 1975) учли это, отметив, что, вероятно, между клетками вне зоны развития имеется слабое взаимодействие, обеспечивающее локальную регуляцию, однако возможность существования значительной регуляции авторы отрицают, хотя на это указывают результаты исследований Хэмпе (Натре, 1959) и Кайни (Kieny, 1964).

Передне-задняя ось крыла цыпленка определяется областью клеток в задней части дистальной почки конечности, известной как зона поляризующей активности (Saunders, Gosseling, 1968).

Если клетки из этой области пересадить ближе к передней части почки, то элементы конечности окажутся зеркально-симметричными. Таким образом, клетки этой зоны можно рассматривать как источник вещества, диффузия которого, согласно Волперту и др. (Wolpert et al., 1975), приводит к установлению градиента; направление этого градиента определяет передне-заднюю ось, а значение — локальную позиционную информацию. Тогда в крыле цыпленка имеется два совершенно разных морфогенетических механизма: механизм эпиморфоза, вызывающий рост совместно со считающим механизмом для создания проксимально-дистальной оси, и обычный процесс диффузии от источника к стоку для морфаллаксиса вдоль передне-задней оси. Относительно дорсо-вентральной оси почти ничего не известно.

Возникает естественный вопрос: можно ли описать эти явно разные типы морфогенетического процесса в рамках модели одного типа. Конечно, совсем не обязательно принимать такую точку зрения, даже если в ее пользу есть данные, но в плане простоты и универсальности она очень привлекательна. К тому же, приняв модель, одинаково хорошо применимую к обоим типам морфогенеза, мы приходим к идейной ясности и общности, поскольку суть такого понятия, как позиционная информация в пределах поля, границы которого постоянно меняются, не совсем ясна. Имеет смысл ввести несколько более динамичную и гибкую связь между процессом генерации поля и упорядочиваемой областью, а это, как мне кажется, обеспечивается основными принципами волновой модели, рассмотренной в предыдущей главе. Применим теперь эту модель к описанию возникновения проксимально-дистальной оси в крыле цыпленка.