Морфогенез компартментов у  винной  мушки  Drosophila       

 Изучение детерминации клеток у дрозофилы с помощью мутантных клонов (от англ  сlon - тканевая культура генетически идентичных клеток ), полученных с помощью рентгеновского облучения, показало что крылья и другие органы  состоят из ряда участков «компартментов».

     Отношения между  клонами удобно изучать на широких и плотных крыльях дрозофилы. Пятна образованные маркированными клонами обычно располагаются на крыле случайным образом и имеют, как правило, довольно неправильные очертания. Это говорит о том, что потомки одной клетки могут распределяться в пространстве (плоскости крыла) по-разному – их расположение не детерминировано. Однако клоны вблизи центральной оси крыла  как бы разделены невидимой границей между передней и задней частями крыла, проходящей у всех мух одинаковым образом. Клоны  могут быть расположены с той или другой стороны от этой границы, но, как предполагалось до недавнего времени, никогда ее не пересекают. В тех местах, где клоны примыкают к этой границе, края соответствующих  пятен бывают необычно четкими и прямыми (Crick, Lawrennce, 1975[1]). Участок, отделенный такого рода границей называемый  компартментом, является поликлоном т.е. состоит из различных клонов.  Интересно отметить, что эта граница не совпадает с центральной жилкой крыла (Рис.2.4 )

 Вместе с тем, даже если один из клонов компартмента растет быстрее других и поэтому занимает большую его часть, вытеснив другие клоны, он все равно, как правило, не переходит границу компартмента. Быстро растущий клон может заполнить почти весь свой компартмент и, тем не менее, размеры и строение такого компартмента  не отличаются от нормы. Показано, что размеры   компартмента  у дрозофилы определяются не детерминированным числом делений клеток, а пространственным сигналом, извещающим клетки о том, что структура, в пределах которой они растут, достигла нормальных, предопределенных «планом», размеров (Simpson, Morata.1981[2]). Каким образом достигается столь четкая и скоординированная в соответствии с планом архитектуры крыла граница пока остается загадкой. Предполагается, что такой сигнал возникает в результате межклеточных взаимодействий и зависит от расстояний, разделяющих клетки.

      Конечности Drosophila подразделяются на передний и задний компартменты. Предполагается, что клетки обоих компартментов растут, подчиняясь локальной концентрации морфогена. В качестве такого морфогена был предложен секретируемый клетками заднего компартмента белок  hedgehog, который в свою очередь индуцирует в соседствующих с ними клетках переднего компартмента  секрецию белка  decapentaplegic или же  белка wingless (Basler, Struhl  1994[3]). Была высказана гипотеза, которая объясняет четкость и прямоту границы между компартментами избирательной адгезией: клетки одного поликлона предпочитают образовывать связи друг с другом, а не с соседним поликлоном (Wright, Lawrence, 1981(4]) . Такое поведение объясняется двумя направленными друг к другу градиентами двух морфогенов, управляющих адгезией клеток.

      Важную роль в механизме такой избирательной адгезии, очевидно, выполняет немышечный сократительный белок  миозин II. Показано, что вдоль границы компартментов натяжение между клетками повышено в 2,5 раза по сравнению с остальной тканью. Это натяжение ослабляется в присутствии Y-27632 – препарата, который является ингибитором  Rho-киназы  (Routier et al 2010[5]) - главного активатора миозина II. Очевидно, локальное повышение натяжения связей между клетками, регулируемое посредством миозина II, является тем механизмом, который направляет и определяет выпрямленную «по струнке» и четкую границу между компартментами (Landsberg et al 2009 6]).

   Явление трансдетерминации иногда наблюдается не только в регенерирующих имагинальных дисках, но и в процессе морфогенеза. Показано, что небольшая группа клеток, называемая mixer cells (смешивающиеся клетки) нарушая все вышеизложенные правила (1.- строго хранить детерминацию и 2.- не пересекать границ компартмента) способны внедряться в соседний компартмент. Такое поведение mixer клеток  обусловлено перепрограммированием этих клеток, связанным с активацией синтеза белка гомеодомена кодируемого геном Engrailed, регулируемой сигнальным путем JNK (c-Jun amino-terminal kinase). (JNK – эволюционно консервативный фермент, играющий центральную роль в метаболизме и развитии нечувствительности к инсулину при диабете 2-го типа (Zhang et al 2011[7])). Этот процесс перехода клеток mixer сопровождается стереотипной локальной интеркаляцией (внедрением) клеток, превращающей данный участок границы из напряженного в расслабленный в целях морфогенетических преобразований формы границы (Gettings et al 2010[8]).  Сигнальный путь JNK по видимому представляет фундаментальный способ регуляции  морфогенеза и перепрограммирования клеток в процессах развития и регенерации так как он был найден и при регенерации имагинальных дисков (Lee et al 2005[9]).