Введение
Разделение клеток в раннем эмбрионе
В эмбриологии дробление – это деление клеток на ранних стадиях развития эмбриона после оплодотворения. Зиготы многих видов проходят через быстрые клеточные циклы без существенного общего увеличения размеров, в результате чего образуется скопление клеток того же размера, что и исходная зигота. Клетки, образовавшиеся в результате дробления, называются бластомерами и формируют плотную массу, называемую морулой. Дробление завершается образованием бластулы или бластоцисты у млекопитающих. В зависимости главным образом от концентрации желтка в яйце, дробление может быть голобластным (полным) или меробластным (частичным). Полюс яйца с наибольшей концентрацией желтка называется вегетативным полюсом, а противоположный – животным полюсом. Дробление отличается от других видов клеточного деления тем, что оно увеличивает количество клеток и ядерный материал, не увеличивая цитоплазматический объем. Это означает, что с каждым последующим делением в каждой дочерней клетке содержится примерно вдвое меньше цитоплазмы, чем в предыдущей, и, следовательно, увеличивается соотношение ядерного материала к цитоплазме.
In embryology, cleavage is the division of cells in the early development of the embryo, following fertilization. The zygotes of many species undergo rapid cell cycles with no significant overall growth, producing a cluster of cells the same size as the original zygote. The different cells derived from cleavage are called blastomeres and form a compact mass called the morula. Cleavage ends with the formation of the blastula, or of the blastocyst in mammals. Depending mostly on the concentration of yolk in the egg, the cleavage can be holoblastic (total or entire cleavage) or meroblastic (partial cleavage). The pole of the egg with the highest concentration of yolk is referred to as the vegetal pole while the opposite is referred to as the animal pole. Cleavage differs from other forms of cell division in that it increases the number of cells and nuclear mass without increasing the cytoplasmic mass. This means that with each successive subdivision, there is roughly half the cytoplasm in each daughter cell than before that division, and thus the ratio of nuclear to cytoplasmic material increases.
Механизм
Быстрые клеточные циклы обеспечиваются поддержанием высокого уровня белков, контролирующих прогрессирование клеточного цикла, таких как циклины и их ассоциированные циклинзависимые киназы (CDK). Комплекс циклин B/CDK1, также известный как MPF (фактор, стимулирующий созревание), способствует началу митоза. Процессы кариокинеза (митоза) и цитокинеза совместно приводят к делению клетки. Митотический аппарат состоит из центрального веретена и полярных астеров, образованных полимерами белка тубулина, называемыми микротрубочками. Астеры формируются вокруг центросом, а центросомы организованы центриолями, которые сперматозоид вносит в яйцеклетку в виде базальных телец. Цитокинез опосредован сократительным кольцом, состоящим из полимеров белка актина, называемых микрофиламентами. Кариокинез и цитокинез – независимые, но пространственно и временно скоординированные процессы. Митоз может происходить без цитокинеза, однако цитокинез требует митотического аппарата. Окончание деления клетки совпадает с началом зиготической транскрипции. У не млекопитающих этот момент называется переходом к мидбластуле и, по-видимому, контролируется соотношением ядерного и цитоплазматического содержимого (около 1:6).
Определяй
Определенное расщепление (также называемое мозаичным расщеплением) характерно для большинства протистомов. Оно приводит к тому, что судьба клеток предопределяется на ранних стадиях развития эмбриона. Каждая бластомера, образующаяся при раннем дроблении эмбриона, не обладает способностью развиться в полноценный эмбрион.
Неопределенно
Клетка может быть неопределенной (также называемой регулятивной) только в том случае, если она обладает полным набором неповрежденных цитоархитектурных признаков животного и растительного типа. Это характерно для дейтеростомов: когда исходная клетка дейтеростомового эмбриона делится, две образовавшиеся клетки можно разделить, и каждая из них способна индивидуально развиться в полноценный организм.
Голобластный
При голобластном расщеплении зигота и бластомеры полностью разделяются в процессе расщепления, поэтому число бластомеров удваивается с каждым делением. При отсутствии значительного количества желтка можно наблюдать четыре основных типа расщепления в изолецитальных клетках (клетках с небольшим и равномерным распределением желтка) или в мезолецитальных или микролецитальных клетках (с умеренной концентрацией желтка, распределенной по градиенту): двустороннее голобластическое, радиальное голобластическое, ротационное голобластическое и спиральное голобластическое расщепление. Плоскости голобластического расщепления проходят сквозь всю изолецитальную зиготу в процессе цитокинеза. Целобластула – следующая стадия развития яиц, подвергающихся этим радиальным расщеплениям. В голобластических яйцах первое деление всегда происходит вдоль животно-растительной оси яйца, а второе – перпендикулярно первому. Далее пространственная организация бластомеров может варьироваться в зависимости от различных плоскостей расщепления у разных организмов.
Двусторонние
Первое деление приводит к бисекции зиготы на левую и правую половины. Последующие плоскости деления ориентированы относительно этой оси, в результате чего обе половины становятся зеркальным отражением друг друга. При двустороннем голобластическом делении деления бластомеров завершены и разделяют клетки; в отличие от двустороннего меробластического деления, при котором бластомеры остаются частично соединенными.
Радиальная
Радиальное расщепление характерно для вторичноротых, включающих некоторых позвоночных и иглокожих, у которых оси деления веретена параллельны или расположены под прямым углом к полярной оси яйцеклетки.
Ротационный
Ротационное дробление включает в себя нормальное первое деление вдоль меридиональной оси, в результате чего образуются две дочерние клетки. Отличительной особенностью этого дробления является то, что одна из дочерних клеток делится меридионально, а другая – экваториально. Ротационное дробление наблюдается у млекопитающих, а также изолецитальное распределение желтка (небольшое количество, равномерно распределенное). Поскольку клетки содержат лишь небольшое количество желтка, им требуется немедленная имплантация в стенку матки для получения питательных веществ. Нематода C. elegans, популярный модельный организм для изучения развития, подвергается голобластному ротационному делению клеток.
млекопитающие
У млекопитающих медленный темп деления, составляющий от 12 до 24 часов. Эти клеточные деления асинхронны. Циготическая транскрипция начинается на стадии двух, четырех или восьми клеток. Деление целостное и ротационное. На восьмиклеточной стадии развития эмбриона человека, после трех делений, эмбрион претерпевает изменения, превращаясь в бластоцисту. На восьмиклеточной стадии бластомеры округлые и слабо связаны между собой. При дальнейшем делении, в процессе компактизации, клетки становятся сплющенными и приобретают инвертированную полярность, оптимизирующую контакт между клетками. Они начинают плотно прилегать друг к другу, формируя щелевые контакты и плотные соединения с другими бластомерами. На стадии 16–32 клеток компактизированный эмбрион называется морулой. Когда эмбрион делится до 16 клеток, он начинает напоминать шелковицу, отсюда и название морула (от латинского *morus* – шелковица). При дальнейшей компактизации отдельные наружные бластомеры, трофобласты, становятся неразличимыми, поскольку организуются в тонкий лист плотно прикрепленных эпителиальных клеток. Они все еще заключены в зону пеллюциду. Эта компактизация обеспечивает герметичность структуры, чтобы удержать жидкость, которую клетки будут выделять впоследствии. У человека морула попадает в матку через три-четыре дня и начинает поглощать жидкость, поскольку натрий-калиевые насосы на трофобластах перекачивают натрий в морулу, привлекая воду из материнской среды и формируя бластоцельную жидкость. Гидростатическое давление жидкости создает большую полость в моруле, называемую бластоцелем. Клетки эмбриобласта, также известные как внутренняя клеточная масса, формируют компактный массив клеток на эмбриональном полюсе с одной стороны полости, который впоследствии даст начало эмбриону. Эмбрион теперь называется бластоцистой. Трофобласты в конечном итоге образуют эмбриональную часть плаценты, называемую хорионом. Одну клетку можно удалить из восьмиклеточного эмбриона до компактизации для генетического скрининга, и эмбрион восстановится. Существуют различия в делении между плацентарными и другими млекопитающими.