Сортировка клеток. 
Биология. 
Часть 1

В процессе эмбриогенеза клетки не только активно перемещаются, но и «узнают» друг друга, т. е. образуют скопления и пласты только с определенными клетками. Значительные координированные перемещения клеток особенно характерны для периода гаструляции. Смысл этих перемещений заключается в образовании обособленных друг от друга зародышевых листков с совершенно определенным взаимным расположением.

Замечено, что необходимым условием сортировки являются степень подвижности клеток и особенности их мембран. В поздней бластуле амфибий, например, клетки будущей эктодермы обладают тенденцией слипаться друг с другом и распространяться в виде сплошного слоя над мезодермой и энтодермой. Эта тенденция проявляется и в культуре тканей. Клетки мезодермы имеют тенденцию впячиваться в любой находящийся поблизости комок клеток, а клетки энтодермы относительно неподвижны.

Эти особенности трудно объяснить, если наблюдать только за нормальным течением развития. Впервые на различия в подвижности и способности к слипанию (адгезии) между клетками, относящимися к разным зародышевым листкам, обратил внимание Г. Гольтфретер в 30-х гг. XX столетия. Затем производили модификации его опытов с самыми разными клетками. Смысл этих опытов состоит в том, что зародыши тритонов или других животных на стадии гаструлы диссоциируют с помощью фермента трипсина, который разрушает материал, соединяющий клетки друг с другом. Диссоциированные клетки тщательно перемешивают и затем создают такие условия, чтобы клетки могли свободно перемещаться и воссоединяться друг с другом. Сначала клетки представляют собой беспорядочную смесь, затем клетки эктодермы, мезодермы и энтодермы разделяются (сегрегируют) и собираются в отдельные группы, каждая из которых представляет собой клеточный агрегат из однородных клеток. Образуются снова зародышевые листки, располагающиеся иногда даже в обычном для них порядке (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Адгезия клеток зародышевых листков.

а — смесь диссоциированных клеток гаструлы амфибий, б — клетки эктодермы, мезодермы и энтодермы, группирующиеся послойно путем адгезии Подобную агрегацию клеток зародышевого листка с себе подобными можно объяснить способностью к избирательному слипанию клеток одного типа между собой. Одновременно это является проявлением ранней дифференцировки клеток на стадии гаструлы.

Экспериментальные исследования показывают, что избирательная сортировка и адгезия клеток обеспечиваются присутствием в мембранах молекул межклеточной адгезии (САМ — от англ, celladhesion molecules). Это белки связаны с плазматической мембраной клетки либо пронизывают ее. Молекулы САМ могут иметь разные участки связывания с одним или несколькими веществами. Они обеспечивают механическое взаимодействие клеток друг с другом. САМ включают четыре семейства белков: кадгерины, селектины, интегрины и иммуноглобулины. Сортировку клеток на ранних этапах эмбрионального развития обеспечивают кадгерины. Они представляют собой Са²⁺-зависимые гликопротеины, состоящие из 700—750.

(выявлено более 10 субклассов кадгеринов) аминокислот. Каждый из них кодируется отдельным геном (табл. 8.1).

Таблица 8.1. Экспрессия кадгеринов различных классов в организме.

Избирательная адгезия клеток определенного зародышевого листка друг с другом является необходимым условием нормального развития. Это показано путем сопоставления двух процессов: течения гаструляции в естественных условиях и способности клеток определенного зародышевого листка агрегировать в комплекс с себе подобными. Показано, что если у межвидовых гибридов зародышей амфибий нарушена гаструляция, то диссоциированные в опыте клетки зародышевых листков таких гибридов не способны к агрегации с себе подобными, если же в некоторых случаях гибридам удавалось образовать гаструлу, то и в эксперименте диссоциированные клетки зародышевых листков были способны к реагрегации. По-видимому, в обеспечении сортировки клеток важное место принадлежит генетическим механизмам.

Нарушения механизма избирательной клеточной сортировки и адгезии во время органогенеза приводит к таким порокам развития, как несращение нервной трубки, расщелина твердого неба, множественные дефекты костей.

Одним из примеров потери клетками способности к избирательной сортировке и слипанию является их беспорядочное поведение в злокачественной опухоли.

Сортировка клеток и их избирательная адгезия наряду с другими клеточными процессами играет важную роль в морфогенезе развивающегося зародыша и одновременно подвержена многоуровневым регуляционным воздействиям (генетическим, межклеточным), отражая целостность организма как системы.