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.

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.