Индуктивная сигнализация и компетентность

Как одна группа клеток определяет судьбу другой посредством сигналов, и почему только компетентные клетки могут реагировать.

Definition

Индуктивная сигнализация — это процесс, посредством которого сигнальная ткань изменяет судьбу развития реагирующей ткани через секретируемые или связанные с поверхностью сигналы; компетентность — это способность реагирующей ткани в определенный момент времени реагировать на эти сигналы.

Scope

Эта тема охватывает эмбриональную индукцию — влияние одной ткани на развитие другой — наряду с основными консервативными сигнальными путями, используемыми в процессе развития, и концепцией компетентности, ограниченной по времени способности ткани реагировать на данный сигнал. В ней рассматриваются градиенты морфогенов, реципрокные и последовательные индукции, а также то, как интерпретация сигналов приводит к формированию четких границ судьбы клеток.

Core questions

• Как одна ткань изменяет судьбу соседней ткани?
• Почему один и тот же сигнал может вызывать разные реакции в разных тканях или в разное время?
• Как градиентные сигналы создают дискретные домены клеточной судьбы?
• Какие консервативные сигнальные пути многократно используются в процессе развития?

Key concepts

• Эмбриональная индукция
• Компетентность и ее временные ограничения
• Консервативные сигнальные пути развития
• Реципрокная и последовательная индукция
• Пороговые реакции на морфогены

Key theories

Интерпретация градиента морфогена

Диффундирующий сигнал образует градиент концентрации в реагирующем поле, и клетки принимают различные судьбы в зависимости от уровня сигнала, который они воспринимают, преобразуя градиентную информацию в четкие территории экспрессии генов.

Mechanisms

Индуцирующие клетки высвобождают сигналы, которые связываются с рецепторами на реагирующих клетках, активируя внутриклеточные пути, изменяющие экспрессию генов. Небольшое число консервативных путей, включая те, которые действуют через сигнальные пути Hedgehog, Wnt, семейство трансформирующего фактора роста-бета, фактор роста фибробластов и Notch, повторно используются на протяжении всего развития. Результат зависит от компетентности реагирующей клетки, которая определяется экспрессируемыми ею в данный момент рецепторами и факторами транскрипции и которая меняется со временем. Когда сигналы градиентны, реагирующие клетки интерпретируют пороговые концентрации для формирования различных судеб, а реципрокные или последовательные индукции уточняют паттерны и пошагово строят сложные структуры.

Clinical relevance

Те же сигнальные пути, которые управляют индукцией, часто нарушаются при врожденных пороках развития и, при неадекватной реактивации, при раке; их изучение лежит в основе усилий по направленному формированию тканей в регенеративной медицине. Данная статья носит образовательный характер и не является клиническим руководством.

History

Концепция индукции возникла из экспериментов Шпемана и Мангольд с организатором, которые показали, что трансплантированная ткань может индуцировать новую ось тела. Идея компетентности возникла из наблюдений, что реагирующие ткани реагируют на индукторы только в определенных окнах развития, а молекулярные исследования позже идентифицировали вовлеченные консервативные сигнальные пути.

Key figures

• Hans Spemann
• Hilde Mangold
• Lewis Wolpert

Seminal works

• wolpert1969
• gilbert2016

Frequently asked questions

Что такое эмбриональная индукция?

Это процесс, при котором одна группа клеток подает сигнал соседней группе и изменяет ее судьбу развития, например, организатор индуцирует окружающую ткань к формированию оси тела.

Почему компетентность имеет значение?

Ткань может реагировать на индуцирующий сигнал только в том случае, если она компетентна в данный момент; тот же сигнал может не иметь эффекта раньше или позже, что помогает правильно синхронизировать события развития.