Математическая биология развития - Аладьев В.З.
Скачать (прямая ссылка):
возникновением в нем возрастающего числа групп клеток различного типа.
Таким образом, дифференцировка организма представляет собой результат
цитодифференцировки. В дальнейшем нами будет рассматриваться лишь
цитодифференцировка (клеточная дифференцировка). Большей частью для
краткости она будет обозначаться просто "дифференцировка".
Целесообразно рассматривать клеточную дифференцировку как процесс
статистический, вероятностный, соответственно чему понятие вероятности
будет в дальнейшем более или менее широко
67
Zn
• #
•
0 0 9 9
О-*0-^0 *9-----*9
i л
О 9
о 9
ж 9
9
ж
Рис. 10. Графическое изображение дифференцировки клеток а - схематическое
изображение клеточного пути (дифферона). Зачерненные участки
соответствуют степени различия между идеальной зародышевой клеткой (/) и
клетками последующих поколений (II - N). 2п - число клеток в генерации N\
6 - рисунок показывает, что клеточная дифференцировка характеризуется как
величиной (степень дифференцировки), так и направлением и имеет
двойственный характер. Степень дифференцировки клеток А и В равна, но они
принадлежат к разным клеточным типам. Они обе отличаются по степени
дифференцировки от клетки С. В то же время клетка Bt, дифференцированная
в той же степени, что и С, принадлежит к тому же клеточному типу, что и
В. S и Si - отрезки клеточного пути, длина которых выражена в
произвольных единицах, пройденных соответствующими клетками; Е - нулевая
точка дифференцировки; ВР - точка ветвления клеточных путей (дифферонов);
в - на рисунке показано, как клетка может превратиться в клетку другого
типа без полной эмбрионализации, пройдя через точку ветвления дифферона.
А, В и С - клетки различных типов, ВР - точка ветвления дифферона
использовано. Следует также помнить, что дифференцировка клеток - процесс
относительно необратимый. Это означает лишь то, что дедифференцировка
клеток в обычных условиях гораздо менее вероятна, чем их пребывание в
дифференцированном состоянии. Точно так же относительно мало вероятно
превращение клетки в клетку какого-либо иного типа (трансформация), хотя
как дедифференцировка, так и редифференцировка (трансформация) могут
иметь место.
ПОНЯТИЕ КЛЕТОЧНОГО ПУТИ
Рассмотрим процесс дифференцировки клетки в пределах одного клеточного
типа. Очевидно, более или менее хорошо известные факты хорошо согласуются
со следующей схемой (рис. 10, а).
Прежде всего следует подчеркнуть, что дифференцировка клеток охватывает
определенное число поколений клеток. Рассматривая дифференцировку клеток
одного типа, мы получим некий ряд клеток. В этом ряду каждый последующий
его член представ-
ляет собой следствие деления предыдущих членов. Пренебрегая возможностью
последовательных делений клеток без изменения их состояния, мы можем
принять, что каждый последующий член ряда все более и более отличается от
первого члена ряда - клетки прародителя, помещающегося в начале
изображенного ряда.
Теперь, рассматривая весь изображенный на рис. 10, а ряд относительно
одной клетки, мы видим, что каждая клетка по мере дифференцировки как бы
проходит определенный путь, начинающийся клеткой-прародителем. Чем больше
дифференцирована клетка, тем длиннее отрезок пройденного ею пути и тем
больше она отличается от клетки прародителя. Иными словами, мы можем
выразить степень дифференцировки клетки как длину отрезка пройденного ею
пути. Этот отрезок, по сути, выражает степень различий между клеткой и ее
прародителем, накопленных ею на пути развития. Весь же путь от нулевой
точки до конечной ступени дифференцировки может быть назван клеточным
путем. Для обозначения этого же понятия мы можем использовать термин
дифферон, предложенный Фогелем, Ньюишем и Матиали [Vogel et al., 1969],
слегка изменив его первоначальное значение.
НАПРАВЛЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ
Очевидно, что дифференцировка клеток характеризуется не только степенью,
выражающейся длиной отрезка клеточного пути, пройденного клеткой, но и
направлением, от которого зависит тип данной клеточной популяции.
Дифференцировка может быть рассмотрена как вектор, имеющий величину и
направление. Учитывая дифференцировку клеток в разных направлениях, мы
можем изобразить этот процесс в виде нулевой точки, от которой радиально
отходят клеточные пути, соответствующие различным клеточным типам.
Согласно приведенной схеме, клетки, дифференцированные в одинаковой
степени, могут принадлежать к разным клеточным типам. Каждый из клеточных
путей, исходящих из нулевой точки, в дальнейшем последовательно ветвится.
Точки ветвления клеточных путей, очевидно, соответствуют различного рода
стволовым клеткам (см. рис. 10, б).
Легко заметить, что клетка в начале клеточного пути имеет определенное,
относительно большое число выборов. По мере дифференцировки это число
постепенно уменьшается, выбор сужается. Чем больше степень
дифференцировки клетки, тем меньше число направлений дифференцировки, из
которых данная клетка может выбрать свой собственный путь. Ширину выбора
