Механизм направленного роста аксонов

ГИПОТЕЗА КОНТАКТНОГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ. Одна из первых гипотез, предложенная для объяснения специфичности роста аксонов, включала представления о контактном ориентировании (стереотропизме) Согласно этой гипотезе, рост аксона направляют физические свойства субстрата. Используя предложенную Харрисоном методику роста аксонов на кровяном сгустке, Вейс (Weiss, I955) отметил, что растущие аксоны не только нуждаются в твердом субстрате, по которому мигрируют, но что миграция зависят и от топографии субстрата. Если волокна кровяного сгустка ориентированы беспорядочно, то и аксоны растут неупорядоченно. Но если волокна кровяного сгустка идут параллельно в результате натяжения поверхности сгустка, то аксоны нейронов мигрируют вдоль этих волокон, не отклоняясь от их направления (см. рис. 15.14). Это свидетельствует о том, что в контактном ориентировании участвуют физические факторы. Сингер и др. (Singer et al., 1979) получили данные, согласно которым подобные физические факторы действуют и in vivo. Эти авторы обнаружили между эпендимными клетками развивающегося спинного мозга тритона обширные каналы, по которым мигрируют растущие аксоны. Было высказано предположение, что эти каналы обусловливают ориентированный рост аксонов к соответствующим областям мозга. Клеточные каналы описаны и в сетчатке мыши (Silver, Sidman, 1980); очевидно, они направляют аксоны ганглиозных клеток сетчатки в глазной стебелек во время своего развития.

ГИПОТЕЗА МЕЧЕНЫХ ПУТЕЙ. У Drosophila, кузнечиков и Caenorhabditis (и, по-видимому, у большинства беспозвоночных) движение аксонов является удивительно точным процессом. В эмбриональной эктодерме насекомых содержатся кластеры клеток, которые становятся либо эпидермальными, либо нервными тканями. Эксперименты с использованием лазерного излучения для избирательного удаления клеток (Taghert et al., 1984) продемонстрировали, что выбор направления дифференцировки (т. е. станут ли клетки нервными или эпидермалъными) зависит от взаимодействий клетка-клетка в пределах этих кластеров, и после того как выбор сделан, предшественники нервных клеток претерпевают серию делений, дающих в результате семейство нейронов.

Например, в каждом сегменте кузнечика возникает 61 нейробласт (30 с каждой стороны и 1 в центре). Остальная эктодерма формирует эпидермис. Один кластер эктодермальных клеток отвечает за образование нейробласта 7-4 (рис. 17.29). Если лазерным лучом разрушить весь кластер, то нейробласт 7-4 не сформируется. Если же, однако, избирательно уничтожить клетку увеличенных размеров, готовящуюся к формированию этого нейробласта, то ее место будет занято соседней клеткой, которая и даст нейробласт 7-4.

Нейробласт 7-4 – стволовая клетка; она дает начало семейству из шести нейронов, обозначаемых как С, G, Ql, Q2, Q5 и Q6. Это семейство нейронов представлено на рис. 17.29 (на одной из сторон обложки они обозначены желтым цветом). Конусы роста этих нейронов достигают своих мишеней, следуя по специфическим путям, проложенным другими, предшествующими нейронами. Q1 и Q2 сначала идут вместе прямым путем, минуя многочисленные клетки, пока не встретят аксон нейрона-предшественника из дорсальной средней линии (dМР2), который они будут сопровождать назад. Другие четыре нейрона из семейства 7-4 мигрируют через аксон dMP так, будто его не существует. Аксоны нейронов С и G долго идут вместе; в конце концов С присоединяется к нервам X1 и Х2 и сопровождает их к задней части сегмента; тогда как G прилипает к аксонам Р1 и Р2 (идущим назад) и движется вперед по их поверхностям (Goodman et al., 1984).

Конус роста G по мере своего продвижения встретится более чем с сотней различных поверхностей, к которым он мог бы прилипнуть, но его адгезионная способность специфична лишь в отношении нейронов Р. Если нейроны Р убить лазером, то в поведении конуса роста G появятся аномалии: его филоподии будут совершать беспорядочные поисковые движения, пытаясь найти подходящую поверхность для миграции. Если же разрушить любой другой из 100 или более аксонов, то на поведении конуса роста G это не скажется.

Теоретическое объяснение механизма, с по-