Пролиферативный режим и дифференцировка клеток в гистогенезах презентация

образом, снижение) темпов
клеточного размножения (= темпов пролиферации).
Существуют 3 способа (причины) снижения темпов
пролиферации:
1. Изменение параметров цикла (удлинение цикла,
увеличение Т). Результат – замедление делений клеток.
2. Временный выход в состояние покоя G0. Результат –
снижение пролиферативного пула (% циклирующих клеток).
3. Выход части клеток из цикла в дифференцировку, как правило, необратимый. Результат – снижение пролиферативного пула.
Т.о., по мере индивидуального развития:
- доля делящихся клеток (пролиферативный пул) уменьшается;
- продолжительность митотических циклов увеличивается.
При старении темп размножения клеток снижается во всех тканях.
Проследим эти важные закономерности в онтогенезе.

все предшественники и регуляторы для репликации ДНК. Запас нуклеотидов в 1000-100000 раз больше, чем в соматической клетке. Но ядро яйцеклетки блокировано на границе G1/S. Не хватает активирующего фактора (контакт со спермием, кортикальная реакция).
После оплодотворения в мужском и женском пронуклеусах синхронно начинается синтез ДНК, который длится обычно до 20 мин (редко до 1-2 ч).
После короткого G2-периода или сразу после S оба пронуклеуса синхронно вступают в митоз (NB: должен быть цитоплазматический стимул на митоз!).

короткие.
- Отсутствует G1-период (универсально!); у млекопитающих до 32 бл-меров.
- Минимально короткий S-период (до 5-7 мин; мухи, некоторые рыбы и др.). Высокий пул нуклеотидов и полная синхронизация репликонов.
- Высокая синхронность циклов дробления – активность цитоплазматических активаторов SPF и MPF. Синхронность продолжается даже после разобщения бластомеров.
NB: На стадии бластулы сформирован фонд эмбриональных стволовых клеток (embryonic stem cells) – тотипотентных, способных к любым дифференцировкам.

внутриклеточных стимуляторов митоза снижается. Синтез новых регуляторов МЦ начинает контролироваться экзогенно (индукция от соседних клеток).
Возобновляется морфогенетическая функция ядер бластомеров –транскрипционная активность, направленная на синтез структурных белков и белков-регуляторов цикла и дифференцировки. До сих пор в ядре происходила только репликация ДНК.
В это время и появляется G1-период – перерыв между М и S.

До 10-го цикла G1 и G2 отсутствуют, скорость S между митозами постоянная.
Начиная с 11-го цикла, в первой половине интерфазы скорость репликации ДНК постепенно снижается в результате конкуренции ауто- и гетеросинтезов.
На основе этого и формируется G1-период.
Типичная структура цикла (G1-S-G2-M) складывается к 14-му делению дробления, хотя G2 еще слабо выражен.

Т.о., G1 и G2 формируются постепенно, по мере включения гетеросинтезов – синтезов РНК и белков для дифференцировки клеток и эмбриональных зачатков.

ч, tS = 4 ч;
пролиферативный пул (Р) = 95-100 %;
интенсивное размножение и миграция клеток.
Нейрула и ранний органогенез
Дальнейшая пролиферация и перемещение клеточных масс.
Нормальные циклы, удлинение G1 и G2 в результате усиления гетеросинтезов.
В зачатках органов наблюдается устойчивое снижение Р – до 90-80 %. Т.е. часть клеток выходит в дифференцировку или в апоптоз. Это – начало гистогенезов.
NB: С началом эмбриональных гисто- и органогенезов уменьшаются потенции эмбриональных стволовых клеток – переход от титипотентности к плюрипотентности.

выявлению кинетики клеточных популяций в онтогенезах млекопитающих, других животных, растений, а также в клеточных культурах (3Н-тимидиновая авторадиография). В России – А.А. Заварзин (мл.), П.П. Румянцев, А.К. Дондуа, О.И. Епифанова и др.
Установлено, что в ходе эмбриональных и постэмбриональных гистогенезов происходят изменения не только пролиферативного пула, но и параметров митотических циклов, времени жизни клеток. Это связано с переходом от эмбриональных к «взрослым», тканевым стволовым клеткам (edalt stem cells) – мульти-, олиго- и унипотентным.
В циклах наиболее стабильные периоды G2 и М, менее стабилен S, самый изменчивый G1-период.

клеток – до 6-12 ч и более. Происходят задержки до нескольких суток - это уход в G0-период.

В разных зачатках удлинение G1-периода происходит в разных пропорциях относительно других периодов. В популяции разновозрастных клеток имеем гетерогенность по G1-периоду – сочетание циклов с короткими и длинными G1 (см. стадии 2 и 3 в зачатке спинного мозга).
1, 2, 3, 4 – шаги к выходу их цикла в дифференцировку.

длительность определяется степенью синхронности репликации отдельных репликонов: при полной синхронности S = 5-7 мин (период дробления зиготы), при десинхронизации – несколько часов.
У млекопитающих средний S = 6-9 ч, в отдельных случаях 3-4 или 12 ч и более.
Асинхронность репликации и удлинение S возникают с началом дифференцировки клеток в популяции, при включении гетеросинтезов, совмещенных с аутосинтезами.
Сочетание ауто- и гетеросинтезов и удлинение S характерно для тканей без оформленного камбий, где нет сильной конкуренции между этими синтезами (печень, различные железы, миокард в эмбриогенезе).

и местных источников (например, влияние соединительной ткани на развитие эпителиев).
На определенных этапах гистогенеза S-период может временно сокращаться. Например:
- В эпителии молочной железы при беременности S сокращается с 20 до 8 ч (действие гормона пролактина);
- В эпителии спинки языка (эмбрион мыши) между 16 и 18 днями S сокращается с 7 до 5 ч, потом восстанавливается. Причина: на 17-й день начинается кератинизация эпителия, формируются сосочки и усиливается действие индукторов соединительной ткани.
Влияют также внешние факторы, например, температура среды.
У новорожденных крысят заметно снижается температура тела, так как еще отсутствует терморегуляция. Поэтому в кожном эпителии, железах, нефронах скорость синтеза ДНК замедляется – S-период удлиняется с 7-8 до 10 ч.

идут лишь стандартные процессы подготовки профазы. Но и здесь могут быть задержки – могут формироваться G2-популяции клеток, готовые быстро вступить в митоз (например, в печени).
Причина задержки G2 – блокирование контрольной точки (check point) в регуляторном механизме цикла.

белков для митоза) и гетеросинтезы (РНК, белки и др. для дифференцировки и работы клетки) взаимоконкурентны, так как требуют одной и той же матрицы, рибосом, АТФ, предшественников.
Тем не менее, абсолютного антагонизма между ними нет, возможно их совмещение. Дифференцировка клеток детерминируется и даже начинает реально осуществляться в ходе митотических циклов.
При развитии печени, сердца, крови первые признаки специализации клеток проявляются в ходе митотических циклов (появляются тканевые белки, цитоскелетные структуры, органеллы). При этом удлиняется S-период (см. выше). То же происходит в дефинитивных тканях при их физиологической и репаративной регенерации. Более того, подавление митозов вызывает и остановку дифференцировки клеток.
Т.о., старое представление об антагонизме и несовместимости пролиферации и работы клеток неверно. На определенных этапах развития совмещение возможно и даже необходимо. Тканеспецифичная экспрессия генов начинается уже в делящихся клетках.

выходят из цикла. (Искусственная стимуляция синтеза тканевого белка в делящихся клетках (например, гемоглобина в клетках эритролейкемии), т.е. ускорение дифференцировки, приводит к досрочному прекращению делений – через 2-5 циклов.)
Выход клетки из митотического цикла
происходит в точке r (точка рестрикции,
check point), чувствительной к
молекулярным регуляторам репродукции
и дифференцировки. Рецепция сигнала
(фиксация гормона на плазмалемме)
возможна в любом периоде цикла (G1, S,
G2), но реакция на него – выход из цикла –
только в r. К этому времени собираются и
активируются сигнальные пути клетки –
рецепторный комплекс и цепь вторичных
(цитоплазматических) месенджеров.
Обычно выход происходит через несколько циклов после получения сигнала,
в разных тканях по-разному: от 1-2 до 10 и более циклов. Это зависит не столько от силы сигнала, сколько от возраста клеток – их удаления от «ствола» и приобретения компетентности к дифференцировке.

Гетеросинтезы, работа, смерть.

1. Мульти(Олиго)потентные стволовые клетки. «Глухие» аутосинтетические циклы, преобладает G0-период.

2. Прогениторные коммитированные клетки (клетки-предшественницы). Приобретение унипотентности.
Совмещение репродукции и дифференцировки клеток
(ауто- и гетеросинтезы). Формирование клеточных клонов.
(= Полустволовые клетки)

и направлений развития, происходящих из 1 тканевой стволовой клетки.
2) Клеточный клон – группа однородных клеток определенной специализации, развивающихся из прогениторной унипотентной клетки. Клон – часть дифферона.
3) Клеточная субпопуляция – совокупность однотипных клеток (клонов), происходящих из множества дифферонов (= морфофункциональный клеточный тип).
4) Клеточная популяция – сумма всех клеток однотипных дифферонов, т.е. происходящих из определенного типа тканевых стволовых клеток. Могут быть гомогенные (эпидермис) и гетерогенные (кишечный эпителий, кровь) клеточные популяции.
5) Ткань – совокупность клеток и межклеточного вещества, происходящих из нескольких, иногда одного (эпидермис), типов СК и объединенных выполнением общей функции.

1 – 4 – категории гистогенетические, 5 – морфофункциональная.

протекании процессов пролиферации и дифференцировки) изменяются параметры клеточного цикла: удлинение G1 и S, задержки G0 и G2.
С дифференцировкой клеток связаны и более радикальные изменения цикла - исключение митоза или его отдельных стадий (редукция митоза, митотический блок) с возможностью перехода в следующий цикл.
Т.о., происходят неполные циклы (эндоциклы) – умножение числа геномов без разделения клеточного тела = эндорепродукция клеток в той или иной форме.
Результат – многоядерность, полиплоидия или политения – зависит от стадии митоза, на которой происходит блокирование, и от числа пройденных эндоциклов. Эндорепродукция сопровождается ростом клеточного тела.

2. Редукция митоза в клеточном цикле.
Многоядерность, полиплоидия и политения

цитокинеза) в результате неполной подготовки микрофиламентов и (или) дисфункции аппарата Гольджи.
Результат – двуядерная клетка (2n + 2n), при повторениях – многоядерная клетка.
Это обычная картина во многих тканях у животных и растений, когда дифференцировка накладывается на цикл (у млекопитающих – печень, сердце, гладкие мышцы, железы, фибробласты, макрофаги и др.).

За двуядерностью может последовать нормальный
митоз с образованием двух
4n-клеток, снова двуядер-ность и т. д. Типично для гепатоцитов мыши.

2с 4с

2с
2с

4с

4с

8с

4с


4с

По: Ченцов (2004)

в результате нарушения работы, недостаточной подготовки или полного отсутствия веретена, нерасхождения центриолей (униполярный, триполярный митоз).
Результат – 1-ядерная полиплоидная (4n-, 8n-, 16n) клетка, гантелевидные или многолопастные ядра, 2-3 ядерная клетка с неравными ядрами (имитация амитоза).

Аномальный (верхний ряд) и нормальный (нижний ряд) митоз в белковой железе улитки.

Трехполюсный митоз в культуре клеток HeLa – результат нарушения дупликации и расхождения центриолей.

Типичный пример –культура клеток HeLa.

Многоядерная клетка HeLa. Фазовый контраст; ядрышки окрашены AgNO3.

Мосты, полиплоидные митозы, многоядерность в культуре клеток HeLa.

ядрышка, без формирования веретена. Хромосомы в интерфазе реплицируются, потом спирализуются (эндопрофаза), свободно и беспорядочно лежат в ядре (эндометафаза), расщепляются (эндоанафаза) и деспирализуются (эндотелофаза). Циклы повторяются многократно.

ядерной оболочки, митотическая конденсация хромосом.
Но: сохраняется слабая транскрипция (до 3% от интерфазного максимума).

и синтез РНК, белков, гликогена, активность ферментов и другие свойства возрастают примерно пропорционально уровню плоидности ядра.

Церебральный (А) и педальный (В)
ганглии улитки. Гигантские нейроны.

Клетки HeLa: 2n, 4n, 8n, 16n.

разделения. Митоза вообще нет. Образуются гигантские политенные хромосомы (до 512-1024с и более).
Их число остается 2n (или n при конъюгации гомологов). Хромосомы активные, так как все происходит в интерфазе. Транскрипция выявляется в пуфах (кольцах Бальбиани).

Эндоредупликация хромонем. Хромомеры складываются в диски. Активные хромомеры дают петельные домены, получается пуф.

4 политенные хромосомы (1n) дрозофилы. В кружке 2n митоз.

Преобразование диска в пуф под действием гормона линьки экдизона у дрозофилы.

Ченцов (2004)

аномалии митоза, его преждевременного завершения или полного выпадения с досрочным переходом в новую интерфазу.

По степени редукции митоза, способы эндорепродукции и последующие состояния клетки подразделяются на:
1 - ацитокинетический митоз (=многоядерность);
2 – мета-анафазный блок (=полиплоидия, многоядерность);
3 – эндомитоз (=полиплоидия);
4 – эндоредупликация хромонем (=политения).
Размер и биопродукция клетки пропорционально возрастают.

Это возможно потому, что клеточный цикл включает три относительно самостоятельных цикла: хромосомный, центросомный и цитокинетический. Возможно их рассогласование и разобщение.

выяснения причин и биологического значения соматической полиплоидии, ее роли в эволюции морфогенезов.
Соматическая полиплоидия (не путать с генеративной, организменной полиплоидией!) и политения возникали как вариации механизмов роста и гистогенеза в разных группах.
Бактерии.
Бактерии (включая архей) – гаплоидные одноклеточные прокариоты (одна хромосома). Но циклы репликации ДНК могут опережать циклы деления клетки (растяжения мембраны). Новая репликация может начинаться, когда еще не завершилась предыдущая. В итоге клетки содержат более 1с ДНК (до 5-10 крат). Это полиплоидия.
Протисты.
Ядра радиолярий – полиплоидные (тысячи n).
Опалина и др. – многоядерные клетки (десятки, сотни ядер; митоз без цитокинеза).
Инфузории – гигантский полиплоидный макронуклеус (до 100 тыс. с ДНК; сочетание полиплоидии, политении и частичной редукции хроматина).
Водоросли – широко распространена многоядерность, симпластичные талломы.

тканей (эпидермис, проводящие, паренхима и др.) преобладают диплоидные клетки, но есть также 2-ядерные и полиплоидные (2n+2n, 3n, 4n, 6n, 8n), образующиеся посредством неполных митозов. Бывает также эндоредупликация (политения). Гигантская политения, причем облигатная (во всех клетках), типична для некоторых тканей цветка и эндосперма эмбрионов (тысячи гаплоидных значений ДНК).
Животные.
Кишечнополостные. У гидр и медуз не известно (по-видимому, нет).
У полиподиума (паразит икринок осетровых рыб) трофическая клетка многократно полиплоидизируется (механизм неясен).

Характерна эутелия. У свободноживущих в основном клетки диплоидные; есть отдельные случаи 4-8с-клеток (факультативно).
У паразитов (аскарида) гигантская полиплоидия в пищеводных железах (всего 3 клетки по 130-260 тыс. с), в эпителии матки (двуядерность, ядра до 1024с) – облигатно! Даже в кишечном эпителии на фоне общей диплоидности появляются 4-8-16-32с-клетки в результате аномалий митоза (блок цитокинеза, анафазы или метафазы).


Рис. Пищевода, матки, кишки аскариды

128-264с и более. Механизмы не известны.
Насекомые. Клопы, бабочки и др. Различные железы, трофоциты яичников, жировое тело, эпидермис и др. Митотические блоки (до 8-16n), переходящие в эндомитоз (до 64-128n и даже до 1024n).
Рекорд – слюнные железы гусеницы шелкопряда – гигантские разветвленные ядра, содержащие до 1-2 млн гаплоидных значений ДНК.
Двукрылые (мухи, в т.ч. дрозофила, хирономус и др.). Типична политения разной степени в разных тканях личинок – 1024-2048с.
NB: эндомитоз и политения в этих случаях облигатны, полиплоидизируются все клетки данного типа (вся субпопуляция).


рис.

степени (4-8-16с).
Легочные и заднежаберные гастроподы – облигатно, в нейронах сотни тыс. с.

неполный полиплоидизирующий митоз и эндомитоз.

Улитка Succinea lauta:
А - эпидермальные железы;
В – слюнная железа;
С – пищеваритель-ная железа;
D – кишечный эпителий;
E – белковая железа;
F – предстательная железа;
G – нервный ганглий.

полиплоидии в разных тканях (улитка Succinea lauta).

1-5% тетра-октаплоидных клеток, в т.ч. двуядерных (нарушения митоза).
Печень, сердце – до 50-80% полиплоидных (в т.ч. двуядерных) клеток: 4-8-16-32n.
Мегакариоциты красного костного мозга – облигатная полиплоидия до 8-16-32-64n (видоспецифично), но сохраняется 2n камбий (стволовые клетки).
Гигантские клетки трофобласта – нарушения митоза, эндомитоз, политения до 2048-4096с!
Аналогии с полиподиумом, нематодами, моллюсками, насекомыми и др.

митозу из-за конкуренции ауто- и гетеросинтезов.
2) Перестройки цитоскелета, связанные с дифференцировкой клеток, препятствующие нормальному митозу.
3) Программированное (?) выключение генов MPF, управляющих митозом.
Возможно, в разных случаях выступают разные причины.
2.4. Значение и биологический смысл соматической полиплоидии
Эмпирических исследований значения соматической полиплоидии (эндополиплоидии) в гистогенезах нет. Учитывая распространенность этого явления, можно лишь предполагать те или иные преимущества (тот или иной смысл) полиплоидных гистогенезов по сравнению с обычными диплоидными.
В интересах универсального толкования феномена полиплоидная клетка рассматривается нами как эндоклон, а эволюционное преобразование диплоидно-клеточных клонов в полиплоидные эндоклоны как олигомеризация на клеточно-тканевом уровне (Анисимов, 1999, Anisimov, 2005).

систем, они же – особенности полиплоидной стратегии роста:
- интенсификация функций,
- функциональная экономичность,
- упрощение внутрисистемной и надсистемной регуляций,
- повышение надежности геномов,
- ускорение развития.
С этими универсальными свойствами соматическая полиплоидия выступает как форма онтогенетических корреляций и филогенетических координаций
(в понимании И.И. Шмальгаузена, …..).

рассматривать в двух аспектах:
Умеренная (обычно до 4-8n) факультативная полиплоидия возникает у отдельных видов филогенетической группы как алломорфные адаптации, связанные с некоторой интенсификацией клеточных функций.
Облигатная полиплоидия высоких степеней (сотни и тысячи n), характерная для больших групп, может нести все выше обозначенные преимущества олигомерных систем и выступает в качестве закономерных, более или менее ароморфных изменений онтогенеза.

активности.
Биццоцерро, начало 20-го века: неизменные, стабильные и лабильные ткани.
Леблон (Leblond,1964): стабильные, растущие, обновляющиеся.
Камерон (Cameron, 1970): статические, обновляющиеся (частично, медленно и быстро обновляющиеся), неопластические (=трансформированные, злокачественные, раковые).
Сегодня: акцент на наличие СК и их потенции к дифференцировке, но важны также темпы пролиферации.

3. Пролиферативный режим дефинитивных
тканей

к делению клеток вообще (наличие или отсутствие тканевых СК) в ткани, органе.
Скорость и полнота обновления клеточной популяции.
Методы оценки.
1. Определение динамики численности клеток в популяции: по приращению суммарной ДНК в органе, прямым счетом числа клеток в проточнике или на микропрепарате. Зная возрастную динамику числа клеток на каком-то периоде роста органа, можно рассчитать суточный прирост числа клеток, ΔN.
2. Определение скорости клеточных
делений: 3Н-тимидин, колхицин,
БДУ и др. маркеры. Можно
рассчитать суточное число
митозов, ΔМ.
3. Определение массы ДНК в ядрах
на возможную полиплоидию и др.
(Leblond,1964)

у взрослых, но еще медленно растущих крыс (240 г, 3 мес.) (Leblond, 1964):




Митозов происходит гораздо больше, чем необходимо для прироста числа клеток.
Клеток образуется много, но сохраняется лишь малая часть; в тимусе прироста нет.
Следовательно, большинство или даже все новообразующиеся клетки куда-то уходят – дегенерируют, мигрируют. Установлено, что уходят (отмирают, мигрируют) зрелые клетки, а молодые их замещают. (В отдельных случаях происходит апоптоз – гибель избыточных, даже молодых, клеток).
Т.о., происходит обновление клеток (= физиологическая регенерация).
Можно различать:
- быстро обновляющиеся ткани (менее 30 сут),
- медленно обновляющиеся ткани (более 30 сут, но полностью),
- частично обновляющиеся ткани (не полное обновление).
Характерный признак обновляющихся популяций – наличие обособленного камбия, системы стволовых клеток. У беспозвоночных обычен диффузный камбий и возможна пролиферация дедифференцирующихся клеток.

Размножение клеток происходит в криптах –
кольцо СК на дне крипты. Клетки (всасывающие, бокало-
видные, энтерохромаффинные) мигрируют на ворсинки,
где сползают еще живыми. Клетки Панета остаются на
дне крипты. СК – мульти(олиго)потентные.
Скорость обновления очень высокая – 2-3 сут.
По расчетам:
У 3-месячных крыс в пищеварительном тракте имеется 4 млрд клеток.
Только в тонкой кишке ежедневно отмирает 1.4 млрд клеток, а в расчете на
весь ПВ тракт – более 2 млрд. Без пролиферации всего запаса клеток
хватило бы на 2 дня! (Это и происходит при острой лучевой болезни). Но
идет пролиферация СК со скоростью, равной скорости слущивания клеток.
Т.о., клеточная популяция находится в равновесном состоянии.
Аналогичная организация кишечного эпителия характерна для птиц, рыб и многих беспозвоночных (камбиальные гнезда у насекомых, время обновления – 2 сут).
Типичный пример гистологических параллелизмов (акад.Заварзин).

мозаично. Митозы продолжаются в
шиповатом слое, терминальная дифферен-
цировка клеток происходит в зернистом
слое, ороговение и отмирание –
в блестящем и роговом.
Образуются колончатые диффероны.
Полное обновление эпидермиса за 7-10 сут.
(Популяция меланобластов-меланоцитов (М) в базальном слое –
самоподдерживающаяся, происходит из нервного гребня эмбриона).

Альвеолярный эпителий легких.
Однослойный плоский эпителий.
Клетки мигрируют пластом из альвеол в альвеолярные ходы, далее –
в бронхи и трахею. Сбрасываются в пищевод.
Время обновления – несколько суток.

в красном костном мозге. Лимфобласты пролиферируют также в периферических органах (тимус, селезенка, лимфоузлы).
СК – плюрипотентные, мезенхимного происхождения.
Время обновления лейкоцитов – 10-15 сут, эритроцитов – 100-120 сут.
По расчетам: у человека всего 20 млрд эритроцитов. В каждую секунду в кровь поступает более 2 тысяч клеток и столько же гибнет.
___________ «» __________
NB: Интенсивное обновление клеток имеет большой биологический смысл.
В эпидермисе – рост барьерной ткани навстречу внешней среде, упреждение износа, загрязнения, инфицирования. При травме - быстрое автоматическое заживление.
В кишечнике, легких – то же, с учетом химически и биологически агрессивной среды.
В крови и лимфе – возможность быстрого иммунного ответа, рост на опережение с инфекционными и инвазивными агентами.
Организм растет навстречу внешней среде! Это гарантия защиты от вредных факторов.

щитовидной и др. желез, мышцы, соединительные ткани.
Как и в быстро обновляющихся тканях,
количество ДНК в органе экспоненциально
увеличивается, т.е. растет и число клеток
(хотя часто возникают 4-8n-клетки).
Митозы есть, но их мало, нет четкого камбия.
СК разбросаны поодиночке, диффузно.
Возможна дедифференцировка и деление
зрелых клеток.
В надпочечнике 3-месячных крыс: ΔN = 0,23 %, ΔМ = 0,22 %.
Т.е. количество митозов таково, что обеспечивает лишь прирост числа клеток, происходит рост органа без обновления?
Леблон определил эти слабо пролиферирующие ткани как растущие клеточные популяции. Клетки после деления долго остаются в ткани, никуда не мигрируют и не погибают. Жизнь клеток неограниченно долгая.
Позднее выяснилось, что у взрослых крыс, при стабильном числе клеток (в отсутствие прироста) митозы все же идут. Таким образом, это слабо обновляющиеся клеточные популяции или частично обновляющиеся.

возле артериол
в междольковых триадах.
Но при повреждениях (токсикоз,
гепатэктомия) возможно резкое усиление
пролиферации (репаративная регенерация
печени) с активизацией СК.
Частая регенерация – путь к
злокачественной трансформации клеток.

Скелетная мускулатура.
Ткань образована гигантскими многоядерными симпластами –
поперечнополосатыми мышечными волокнами. Однако сохраняется
фонд СК – «клетки-сателлиты»,
тесно прилежащие к волокнам.
СК обеспечивают полную
регенерацию мышцы при
травме, после хирургических
операций.

СК-перициты – в контакте с
капиллярами. Дают фибробласты и, далее,
фиброциты.
Хрящевая ткань – тот же источник в
надхрящнице – хондробласты и хондроциты.
Костная ткань – аналогично в надкостнице:
остеобласты , остеоциты.
Гладкая мускулатура и т.п. производные мезенхимы – медленно или частично обновляемые ткани. Все они хорошо регенерируют.
Эпителий мочевого пузыря.
СК хорошо обособлены (базальные клетки), но деления
очень редкие. Частично обновляемая ткань.
 NB: у беспозвоночных часто выражена сезонная динамика пролиферативной активности, всплески обновления весной после зимней спячки или осенью после нереста. Ритмы поддерживаются гормонами. Большие регенераторные потенции на основе стволовых и дедифференцирующихся клеток.

органы беспозвоночных.
Леблоном (1964) в мозжечке крысы
выявлено постоянство количества ДНК от рождения до 3 мес. Тимидин или БДУ не включаются. Митозы даже с колхицином не выявляются. Размножение клеток заканчивается в эмбриональном развитии. Но орган растет за счет роста самих клеток.
Эутелия у нематод, коловраток, некоторых насекомых означает строгую стабилизацию числа клеток в каждом органе (результат детерминативного пути развития).
Т.о., постнатальный рост органов, образованных стабильными клеточными популяциями, идет без пролиферации – только за счет увеличения размеров клеток. Резерв СК не сохраняется! Часто рост дополняется эндорепродукцией: многоядерность (кардиомиоциты), полиплоидия (многие нейроны), политения (у мух) и др.
Обновление структур – внутриклеточное (протеасомы, лизосомы).

млекопитающих, членистоногих, моллюсков увеличивают свою численность с ростом животных и способны к регенерации.
У низшие брюхоногих моллюсков регенерируют даже целые ганглии после их удаления (СК в коже). У высших улиток эта способность утрачивается.
Обнаружены СК в мозге млекопитающих , в подкорковых областях. Сохраняют способность к делению даже после смерти организма.
Получены делящиеся нейробласты в культуре.

«Запрет» на пролиферацию в стабильных тканях обусловлен особенностями их функционирования. Нейроны ЦНС и кардиомиоциты образуют протяженные сетевые электропроводящие системы (возбудимые ткани). Пролиферативное обновление ткани не совместимо с поддержанием функциональной стабильности таких сетей, так как митоз выключает клетку из системы межклеточных контактов. Это нарушало бы электропроводимость сетей и работу жизненно важных органов (мозга, сердца).

показана
большая гетерогенность клеток по G1-периоду –
от нескольких часов до многих суток.
Стало ясно, что клетки выходят из цикла или
задерживаются в G1 на неопределенное время.
Возникло представление о периоде покоя – G0. Куда выход и зачем?
NB: G1 – «узкое место» цикла, так как в нем, через 3-4 ч после очередного митоза открывается окно чувствительности клетки к внешним регуляторам – точка r – restrict point, check point (точка ограничения, контрольная точка, точка принятия решения и т.п.).
В r-точке клетка чувствительна к ростовым факторам, ингибиторам, аминокислотному голоданию, контакту с другими клетками, понижению температуры и др. факторам.
Т.о., сформулировано одно из фундаментальных свойств клетки – отвечать на внешний сигнал в определенной фазе цикла.
Возможные пути: в новый цикл, в дифференцировку, в апоптоз, в покой.

недостатке сыворотки (ростовых
факторов), пониженной температуре,
контактном торможении (полном
покрытии субстрата).
При добавлении сыворотки, нормализации температуры, пересеве на
свободный субстрат через некоторое время (= пререпликативный период)
клетки вступают в S-период нового цикла (=индуцированная пролиферация).
Время пререпликативного периода
обычно = 10-20 ч, но сильно зависит от
длительности предшествующего покоя.
Чем дольше клетки находились в
стационарной (G0) фазе, тем больше
требовалось времени для вхождения в
новый цикл (= тем дольше был
пререпликативный период) и слабее
был пролиферативный ответ (пул, %).
(по: Епифанова и др., 1983)

углубление клеток в состояние покоя.
Установлено, что G0 – качественно новое состояние,
другие белки и процессы.
- По мере углубления в G0:
- Снижается транскрипция.
- Повышается концентрация цАМФ и, соответственно,
снижается чувствительность клетки к стимуляторам и
к повреждающим факторам.
- Усиливаются катаболитические процессы, специальные синтезы
РНК и белков для поддержания метаболизма покоя. Белок р27.
- Усиливается блокирование ориджин-ДНК на ядерном матриксе.
- Усиливается прикрепление микротрубочек и микрофиламентов
к плазмалемме, а сама клетка распластывается на субстрате.

протяжении пререпликативного периода происходят структурно-биохимические изменения и приобретение компетенции к синтезу ДНК – реакции плейотипического (множественного) ответа:

- Изменение проницаемости плазмалеммы, перестройка ионного гомеостаза, снижение концентрации цАМФ.
- Повышение активности РНК-пол.
- 2-фазный рост синтезов РНК и белка: первая фаза –плейотипическая реакция (на старых рибосомах), вторая фаза - для прохождения нового цикла (требуется активация ядрышек и образование новых рибосом).
- Синтез мембранных липидов и др. синтезы.
В целом – радикальное изменение всего метаболизма.

(по: Епифанова и др., 1983)

недостаток питательных веществ и энергии, низкие температуры и др. неблагоприятные факторы.
Особенно типично для бактерий и протистов. Споры и цисты разных организмов, зимние и летние спячки животных, семена растений, любой другой анабиоз.
2. Эмбриональная диапауза на стадии бластулы.
В эмбриогенезе многоклеточных животных, на стадии бластулы, когда впервые появляется G1-период, появляется и первая возможность перехода в G0.
У млекопитающих она используется для задержки развития бластоциста и его имплантации в стенку матки (до нескольких месяцев) при неблагоприятных условиях для беременности, при перенаселении популяции и других стрессах.
Эмбриональная диапауза воспроизводится in vitro при культивировании бластоцист на среде без сыворотки крови.

зачатков.
Пример: рост роговицы глаза
согласован с закладкой и ростом век.
Временная остановка пролиферации.
4. G0-резерв дифференцированных клеток.
Например, ооциты млекопитающих – резерв на всю жизнь. Возможно,
такие G0-блокированные зрелые клетки есть в печени и др. органах.
5. G0-резерв стволовых клеток.
Все СК основное время своей жизни находятся в G0-периоде – гарантия
сохранности и защищенности от мутаций.
У животных это первичные половые клетки
(до заселения гонад), гонии, тканевые СК.
У растений – СК меристем (покоящиеся центры в
кончиках корней между чехликом и основной
меристемой, то же на верхушках побега).
Дремлющие почки в тканях луба.