С момента зачатия организм претерпевает множество изменений. Развиваясь всего из одной клетки, содержащей наследственный материал родителей, он растет за счет размножения и дифференциации клеток. Это постоянный процесс поддержания жизни многоклеточного организма, в основе которого лежит множество межклеточных взаимодействий. На каждом этапе жизни специализация клеток меняется и становится все более узкой.
Клетки и ткани
Группа клеток с одинаковыми морфофизиологическими характеристиками, расположенных в одном месте и решающих одинаковые задачи, называется тканью. Из тканей состоят органы, а из систем органов – организм. Но чтобы пройти путь от зародышевой клетки до организма, необходимо преодолеть множество этапов дифференциации клеток. Этот процесс представляет собой подготовку клеток к выполнению возложенных на них функций, в результате чего на высоких ступенях развития они теряют способность делиться.
Регенерация
Необходимостью прохождения длительной дифференциации объясняется невозможность истинной регенерации высокоспецифичных тканей и органов, клетки которых находятся на высокой степени своего развития. В этих органах механические повреждения восстанавливаются путем сращения живых участков соединительной тканью. То есть полного восстановления клеток, которые находились в этом месте раньше, если они были высокодифференцированными, никогда не произойдет.
В качестве примеров уместно привести образование рубцов при поражении мышц, в том числе и в сердце. Также в результате поражения мозга или нервов не происходит восстановления нейронов. После повреждения высокодифференцированной ткани организм вынужден мириться с потерями ее функций. И лишь использование стволовых клеток, еще не прошедших этап трансформации под действием локальных цитокинов и условий пребывания, оставляет надежду на истинную регенерацию. Но пока это технология будущего.
Рост организма
Дифференциация клеток в организме происходит поэтапно в зависимости от медиаторов и сигналов, которые они получают от регулятора. Без внешнего фактора трансформация невозможна в том направлении, в котором это требуется для развития. А при его получении процесс имеет направленный строго типизированный характер, где на каждом этапе имеется система контроля и отсеивания несостоявшихся цитологических популяций.
Потому процесс роста от зародыша до сформировавшегося организма представляет собой запрограммированную в строгой последовательности дифференциацию клеток. Этот порядок должен неукоснительно соблюдаться, и, пока не произошел один важный этап, другая стадия разделения и цитологической спецификации наступить не должна. Иначе развитие и рост изначально будут происходить с ошибкой, что приводит к формированию пороков или аномалий развития.
Эволюция многоклеточности
У взрослого организма такой механизм лежит в основе формирования опухолевых клеток. Сложно вообразить, насколько громадное количество этапов должны сменить друг друга в строжайшей последовательности для правильной дифференциации клеток и тканей. Это невероятный механизм, благодаря которому функционирует многоклеточный организм. Он же является наглядной демонстраций тезиса о том, что онтогенез есть краткое повторение филогенеза. Это означает, что дифференциация клеток происходит в той последовательности, в которой двигалась эволюция.
Гемопоэтическая дифференцировка
Дифференциация клеток крови – наглядный пример стадийности данного процесса у высокоразвитого организма. У человека она начинается от общего предшественника, который называется гемопоэтической стволовой клеткой. Она полипотентная, то есть из нее под действием различных типов цитокинов может формироваться любая клетка крови. Что важнее, она также является продуктом длительного развития и подготовки к тому, чтобы стать предшественницей гемопоэза. Она прошла стадию дифференциации стволовых клеток, подготовившись лишь к одной цели – стать началом ростков кроветворения. Другая ткань из нее уже не получится, что отличает ее от недифференцированных стволовых клеток.
Начальный гемопоэз
На первом этапе от стволовой клетки под действием двух принципиально разных факторов развивается две популяции. Под влиянием тромбопоэтина и колониестимулирующего фактора (КСФ) формируется большая клеточная группа предшественников миелопоэза. От данной группы будут развиваться все моноциты, зернистые лейкоциты, тромбоциты и эритроциты. Как раз образование примитивной клетки-предшественницы и является стартовым этапом разделения гемопоэза на два потока. Первый поток – это миелопоэз, а второй – лейкопоэз.
В ходе него от этой же полипотентной клетки-предшественницы, но уже под влиянием интерлейкина, формируется клеточная популяция лейкопоэза. От нее будут развиваться Т и В лимфоциты с естественными клетками-убийцами. Разделение на два потока является примером начальной дифференциации клеток. Это значит, что до момента формирования функционирующих клеток крови пройдет несколько стадий, на каждой из которых изменится фенотип и рецепторный набор. Многие сменят локацию, где разделение и цитологическая спецификация будут происходить под влиянием цитокинов и антигенов с антителами.
Миелопоэз
Основной способной к делению клеткой, которая дает начало всем миелоцитам, является миелоидный росток. Его развитие идет по двум потокам: первый – образование общего с тромбоцитами и эритроцитами предшественника, а второй – формирование протолейкоцита, от которого возьмет свое начало моноцит и гранулоцит. Первый поток дифференциации клеток – это процесс их развития под действием колониестимулирующего фактора, тромбопоэтина и интерлейкина 3-го типа.
Предшественники лейкоцитов и моноцитов образуются под действием гемопоэтического колониестимулирующего фактора. Из общего предшественника тромбоцитов и эритроцитов под действием тромбопоэтина и эритропоэтина соответственно, развиваются промежуточные формы клеток. Из них путем так называемого вызревания и дополнительного развития будут сформированы взрослые клетки эритроцитов и тромбоцитов.
Примечательно, что тромбоциты – это, скорее, осколки клетки, предшествующей им, так как на этапе дифференцировки они потеряли ненужные органеллы и ядро. У эритроцитов ядро также было ликвидировано, а цитоплазма заполнилась гемоглобином. Лейкоциты как клетки, развивающиеся на втором потоке миелопоэза, имеют ядро, хотя их степень дифференцировки также очень высокая.
Лейкопоэз
Лимфоцитарная дифференциация клеток – это процесс образования лимфоцитов и естественных клеток-убийц из общего предшественника лимфопоэза. Она осуществляется преимущественно под влиянием интерлейкинов и изначально также делится на два потока – В-лимфопоэз и Т-лимфопоэз. Этот этап контролируемого развития дает две популяции унипотентных клеток, предназначенных только для того, чтобы стать промежуточной формой для формирования одного лимфоцитарного ростка.
Из Т-ростковой зоны формируется предшественник Т-киллеров и Т-лимфоцитов, а из В-клеточного предшественника влияние интерлейкина-4 формирует В-лимфоцитарную ростковую зону. Т-киллеры формируются под действием интерлейкина-15, фактора экспрессии соответствующих рецепторов – кластеров дифференцировки (CD). На их основании вся популяция лимфоцитов будет поделена на группы в зависимости от типа своего CD-антигена. Соответственно этому, иммунноциты будут выполнять различные функции.
