Движения, благодаря которым клетки собираются вместе для формирования первичной полоски, не прекращаются и после ее создания. По мере поступления большего количества клеток центр полоски как бы проседает. Из полоски получается узкая бороздка, которая ближе к середине диска расширяется, образуя уплощенную область, называемую узелком. Клетки узелка продуцируют сигнальные белки, которые, во-первых, привлекают в этот регион дополнительные клетки, а во-вторых, заставляют их ослабить межклеточную адгезию и «включить» гены, способствующие их превращению в клетки других типов. Клетки, расположенные ближе к источнику сигнала (то есть к узелку), получают большую дозу сигнальных белков и реагируют сильнее. Ослабление системы адгезионных связей между клетками и активация у них миграционного поведения приводят к тому, что клетки свободно перемещаются в плоскости эпителиального диска и могут даже покинуть его.[51],[52],[53] Клетки проваливаются под поверхность диска эпибласта, переходя на его нижнюю сторону. Этот процесс распространяется по первичной полоске в направлении от головы к хвосту, так что более задние участки тела проходят его значительно позже, чем передние.[54] По мере того как ближайшие к центру бороздки клетки уходят из диска, их бывшие соседи сдвигаются ближе друг к другу и к центру бороздки так, чтобы заполнить свободное пространство, а затем, когда наступает их очередь, тоже проваливаются под диск, покидая эпибласт.
Первые клетки первичной полоски, которые уходят из диска на определенном уровне оси «голова – хвост», присоединяются к гипобласту: они расталкивают его клетки и встраиваются между ними, так что клеточный состав центральной области этого слоя полностью изменяется (рис. 12). Оказавшиеся в этой области клетки образуют слой, который называется эндодерма. (Это слово в переводе означает «внутренняя кожа»; название связано с тем, что в дальнейшем этот слой образует трубку кишки и трубки ассоциированных с ним органов – печени и поджелудочной железы.) Клетки, которые уходят из полоски немного позже, слабо связаны друг с другом и не образуют непрерывный слой. Они образуют мезодерму (в переводе – «средняя кожа»), которая лежит между эндодермой и внешним слоем. Клетки первичной полоски, которые не успевают «утонуть» и после завершения гаструляции остаются в эпибласте, формируют эктодерму (в переводе – «внешняя кожа»).[55] Таким образом, первичная полоска и узелок не только показывают нам ось «голова – хвост» у эмбрионов, но и превращают один слой клеток в три разных слоя: эктодерму, мезодерму и эндодерму (см. рис. 12). Это основные слои тела почти у всех животных.[56]
Для того чтобы уйти из диска, клетки должны сначала добраться до первичной полоски, и поэтому время их погружения тесно связано с исходным расстоянием до нее. Клетки, располагавшиеся ближе к средней линии диска, быстро проходят короткое расстояние и выселяются из полоски, тогда как клетки, располагавшиеся вблизи краев диска, начинают выселяться значительно позже, когда первые клетки уже давно погрузились под диск. Время и пространство так тесно сплелись в процессе гаструляции, что трудно определить, какой из этих факторов играет более важную роль в судьбе клеток. Определяется их судьба еще до начала миграции за счет ранних сигналов от ПВЭ или она становится известной только после того, как клетки выселяются из диска и оказываются внутри эмбриона? По-видимому, судьба некоторых клеток предопределена еще до начала движения.[57],[58],[59],[60],[61] Примером может служить обсуждавшееся выше программирование области, в которой будет формироваться голова, с помощью сигналов от ПВЭ, или программирование клеток, удаленных от ПВЭ, на формирование первичной полоски. Насколько четко определена на этих ранних этапах дальнейшая судьба других клеток, непонятно. Дело усложняется тем, что в некоторых случаях «запрограммированная» судьба клеток является всего лишь наиболее вероятным путем их развития. Если в эксперименте поместить их в другую среду и подвергнуть воздействию других сигналов (что вполне возможно и в естественных условиях, если во время гаструляции они затеряются среди других клеток), такие клетки могут «передумать» и пойти совсем по другому пути развития. Эта область эмбриологии все еще полна нерешенных вопросов, которые ждут своих исследователей.
51
Oki S, Kitajima K, Meno C. Dissecting the role of Fgf signaling during gastrulation and left-right axis formation in mouse embryos using chemical inhibitors. Dev Dyn. 2010; 239:1768– 78.
52
Weng W, Stemple DL. Nodal signaling and vertebrate germ layer formation. Birth Deffects Res C Embryo Today. 2003; 69:325–32.
53
Vincent SD, Dunn NR, Hayashi S, Norris DP, Robertson EJ. Cell fate decisions within the mouse organizer are governed by graded Nodal signals. Genes Dev. 2003; 17:1646–62.
54
Для лучшего понимания изложенного в тексте материала полезно вкратце суммировать то, что происходит во время гаструляции с первичной полоской.
1. Первичная полоска появляется на хвостовом конце диска и постепенно распространяется в сторону его головного конца (примерно до 18-го дня после оплодотворения), но до него не доходит (см. рис. 11).
2. На головном конце первичной полоски появляется узелок.
Вдоль средней линии первичной полоски появляется первичная бороздка. Ее формирование связано с миграцией клеток внутрь эмбриона. Из первичной полоски, расположенной непосредственно за узелком, выселяются клетки, из которых впоследствии сформируется мезодерма тела (костная и хрящевая ткани, кожа, циркуляторная система, выстилка полостей тела). Из самой задней части первичной полоски внутрь мигрируют клетки, из которых сформируется внезародышевая мезодерма (то есть мезодерма структур, которые нужны только эмбриону во время развития).
Клетки, которые уходят внутрь непосредственно через узелок, впоследствии становятся клетками осевой мезодермы – нотохорда. После погружения внутрь они мигрируют в сторону головного конца.
3. Первичная полоска подвергается регрессу – отступает в сторону хвостового конца (см. рис. 11). По мере регресса из узелка продолжают выселяться клетки, которые подстраиваются сзади к клеткам нотохорда. Таким образом, миграция узелка к хвостовому концу обеспечивает удлинение нотохорда. Клетки мезодермы также продолжают выселяться из первичной полоски до самого конца ее регресса. –
55
Tam PP, Behringer RR. Mouse gastrulation: The formation of a mammalian body plan. Mech Dev. 1997; 68:3–25.
57
Rossant J, Tam PP. Blastocyst lineage formation, early embryonic asymmetries and axis patterning in the mouse. Development. 2009; 136:701–13.
58
Witler L, Kessel M. The acquisition of neural fate in the chick. Mech Dev. 2004; 121:1031–42.
59
Chapman SC, Matsumoto K, Cai Q, Schoenwolf GC. Specification of germ layer identity in the chick gastrula. BMC Dev Biol. 2007; 7:91.
60
Gerhart J, Neely C, Elder J, Pfautz J, Perlman J, Narciso L, Linask KK, Knudsen K, George-Weinstein M. Cells that express MyoD mRNA in the epiblast are stably commited to the skeletal muscle lineage. J Cell Biol. 2007 Aug 13; 178(4):649–60.
61
Streit A, Berliner AJ, Papanayotou C, Sirulnik A, Stern CD. Initiation of neural induction by FGF signalling before gastrulation. Nature. 2000; 406:74–8.