Онтогенетическое происхождение гипофиза

Выше мы стремились показать, что прехордальная пластинка мезодермы продолжает сохранять свои организующие свойства как преемница дорзальной губы бластопора у амфибий или ее соответствующих аналогов у других позвоночных. По сути своей ПХМ остается той же губой бластопора или Гензеновским узелком, но, оказавшись в другом месте и в другое время, сохраняет свои способности как организатора. На этом месте по мере развития зародыша она участвует в формировании туловищно-хвостового и головного отделов, по-видимому, обеспечивая генерацию сигналов, распространяющихся как каудально, так и рострально.
Какова последующая судьба данной субстанции после того как основные структуры тела зародышей позвоночных оказываются сформированными? Рассмотрение анатомических, гистологических, сравнительно-эмбриологических материалов позволяет установить наличие тесной связи между ПХМ и формирующимся гипофизом. Нужно принять во внимание также ту исключительно важную роль, которую играют обе эти структуры в соответствующие периоды онтогенеза.
Гипофиз является важнейшей железой внутренней секреции, обеспечивающей реализацию нормального онтогенеза в постэмбриональный период. Передняя часть гипофиза - аденогипофиз или карман Ратке, как его именуют у птиц и млекопитающих, развивается из эпителиального выпячивания крыши ротовой полости (Adelmann,1922; Jacobson et al.,1979). Задняя часть или нейрогипофиз является выростом основания мозга.
Исследователи, которые рассматривали развитие аденогипофиза, отмечают тесную связь кармана Ратке и ПХМ. Особенно тщательно это прослежено в работе Джекобсона и соавторов (Jacobson et al.,1979) на куриных эмбрионах. Закладка аденогипофиза происходит рано, уже в начале сомитогенеза. Авторы выявили, что крыша и части стенок кармана относятся к вентральному основанию мозга. Главное же, что нас интересует в этой работе, это то, что карман Ратке находится в непосредственном контакте с ПХМ. Точку этого контакта они называют кончиком кармана. Последняя расположена как раз по медиальной линии зародыша. Далее авторы показывают, что кончик кармана является стержневой точкой, около которой окружающие ткани образуют складки стенок кармана. Большая часть стенок кармана образуется, когда происходит краниальный изгиб (flexure) мозга; именно на этой стадии фомируется карман Ратке.
Еще на стадии 10-12 (по Н.Н. 10-15 сомитов) голова удлиняется над проамнионом без изгибов (рис.6а).

Рис. 6. Схема образования кармана Ратке в результате разрастания мозговых пузырей и краниального изгиба у зародыша цыпленка (из: Денисьевский и Божок,1973, Jacobson et al.,1979). (а-в) Слева: общий план головы зародыша на разных стадиях эмбриогенеза; справа: расположение прехордальной мезодермы и вентрального края диэнцефалона на различных стадиях краниального изгиба.
(а) Голова зародыша до начала краниального изгиба;
(б) Вентральный поворот мозгового пузыря образует краниальный изгиб головы под прямым углом к зародышевой оси совпадает с началом формирования стенок будущего кармана Ратке.
(в) Краниальный изгиб разворачивает мозг около вентральной плоскости в каудальном направлении и образует складку кармана Ратке.
Br, мозг; D,диэнцефалон; FG,передняя кишка; Inf, инфундибулюм; Ht,гипоталамус; PCM, прехордальная мезодерма; RPE, эктодерма кармана Ратке (оральная); RP, карман Ратке; N,хорда. Прехордальная мезодерма показана в виде черных овалов.

Когда мозговые пузыри начинают образовываться и голова еще остается прямой, прозэнцефалон уже опускается вентрально под прямым углом к длинной оси зародыша (рис.6в). Само краниальное искривление происходит за 5-ти часовой период между стадиями 12 и 14. За это время карман Ратке формируется как удлиненный мешок, лежащий ниже основания (пола) мозга. Поскольку совпадение образования краниального изгиба и формирования кармана найдено у многих позвоночных, то считается, что краниальный изгиб вынуждает к искривлению вентральную эктодерму, тем самым производя карман Ратке (рис.6 в,с) (обозрено Doscocil,1966,1970). По-существу, карман является пассивным результатом сдвигов и перемещений растущей мозговой ткани (Денисьевский и Божок,1973; Jacobson et al.,1979).
Этот вывод косвенно подтверждается наблюдениями после направленного разрушения (нокаута) гена Lhx3 из семейства LIM-гомеобоксных генов. В отсутствие этого гена практически все типы секреторных клеток аденогипофиза, кроме кортикотропных, не способны вырабатывать свои специфические гормоны, в то время как сам карман Ратке формируется, хотя в дальнейшем он тоже прекращает расти и дифференцироваться (Shеng et al.,1996). Еще более необязательность структуры типа кармана Ратке подтверждается наблюдениями образования гипофиза у zebrafish: у этих рыб ранняя спецификация клеток гипофиза происходит в группах клеток, лежащих латерально по обе стороны от медиальной линии, а не в структуре гомологичной карману Ратке (Glasgow et al.,1997).
Вероятно, что участие в формировании гипофиза принимает та часть эктодермы кармана Ратке, которая соединяется с прехордальной пластинкой в области кончика кармана (рис.6 в,с). По всей видимости, секреторная часть гипофиза - аденогипофиз - возникает или прямо из прехордальной пластинки или под ее непосредственным влиянием. Поскольку организатор обладает способностью определять судьбу окружающих клеток или даже переопределять, как это происходит при эктопических пересадках дорзальной губы бластопора, то, очевидно, таким же образом используется эктодерма из района кармана Ратке: она передетерминируется на построение гормональных клеток гипофиза.
В последнее время появились сообщения, что эктодерма, предназначенная для генерации клеток аденогипофиза, происходит не из ротовой полости, а из эпидермальных плакод, которые тоже возникают из эктодермальных утолщений, расположенных в головной части по обе стороны от нейральной трубки (Kawamura and Kikuyama,1992; Kikuyama et al.,1993).
Экспериментальные пересадки участков ткани, взятых в области передней нейроэктодермы, а также картирование судьбы клеток у курицы (Couly, LeDouarin,1988), лягушек (Eagleson, Harris,1989; Kawamura, Kikuyama,1992) и мыши (Osumi-Yamashita et al.,1994) показали, что зачаток аденогипофиза происходит из зоны переднего края нейральной пластинки, причем он развивается не из поверхностной ткани, а из более глубоких слоев (Kawamura and Kikuyama,1992).
Как известно, в сформированном теле позвоночных гипофиз лежит в турецком седле. Выше уже упоминалось, что эта кость имеет двойное происхождение. Было также отмечено, что передний конец хорды лежит примерно на уровне средней части седла. Поскольку ПХМ граничила с передним концом хорды, то ясно, что она занимала как раз то место, на котором в дефинитивном организме находится гипофиз (Couly, Le Douarin, 1985,1987,1988).
В области организатора на ранних стадиях также экспрессируются гены, которые, по-видимому, играют принципиальную роль в формировании гипофиза. У зародышей мышей недавно выявлен новый гомеобоксный ген, который активируется вначале в прехордальной пластинке, а затем в кармане Ратке (Hermesz et al.,1996). Он был обозначен как Rpx, тремя буквами, взятыми из трех слов Rathke's pouch homeobox. Этот ген также упоминается как Hesx1 (Thomas et al.,1995). Ортологами Rpx/Hesx1 являются гены Xanf у амфибий и Ganf у птиц (Zaraisky et al.,1995; Kazanskaya et al.,1997).
У мыши транскрипты Rpx впервые обнаруживаются in situ в самом начале стадии гаструлы (6,5 сут рс) в слое эндодермы. Позднее было уточнено, что экспрессия Rpx на этой стадии выявляется в очень ограниченной области эндодермы, в передней висцеральной эндодерме (ПВЭ), которая обладает способностью индуцировать структуры головы (Dattani et al.,1998; Beddington and Robertson,1999). На стадии 7 сут экспрессия Rpx была обнаружена в той части медиальной эндодермы/мезэндодермы, которая становится предшественником прехордальной пластинки. На стадии 7,5 сут Rpx обнаруживается в эктодерме цефалической нейральной пластинки, расположенной над эндодерм/прехордальной мезодермой. Решающее ограничение экспрессии Rpx происходит на 9-е сут. Экспрессия больше не обнаруживается в нейроэктодерме и ограничивается исключительно слоем эктодермальных клеток, которые входят в состав кармана Ратке, зачатка аденогипофиза.
Показано, что у мышей на стадии 9,5-10,0 сут передняя стенка кармана Ратке находится в прямом контакте с основанием диэнцефалона (Kimura et al.,1996; Sheng et al.,1996), будущего гипоталамуса. Впоследствие нейрогипофиз, происходящий из внешнего выроста нейроэктодермы диэнцефалона, граничащего с карманом Ратке, становится задней или нейральной долей гипофиза, которая содержит окончания аксонов нейросекреторных нейронов (Hermesz et al.,1996).
На стадии 11,5 сут Rpx усиленно экспрессируется фактически во всех клетках кармана. Спустя 1-1,5 сут в области кармана Ратке начинают дифференцироваться дефинитивные типы клеток гипофиза. В течение 3-х сут в последовательном временном порядке появляются друг за другом кортикотропы (12,5), тиреотропы (13,5), меланотропы (14,5) сомато-, лакто- и гонадотропы (15,5-16,0 сут), т.е. практически все дефинитивные типы клеток аденогипофиза.
Rpx является наиболее ранним из известных генов, экспрессируемых в зачатке гипофиза и, видимо, определяет раннюю детерминацию или дифференциацию его клеток (Hermesz et al.,1996). Активность Rpx начинается на стадии ранней гаструлы в ПВЭ, которая, как предполагают, является одним из компонентов организатора для индуцирования нейральных структур головы (Beddington, Robertson,1999; Camus, Tam,1999). После этого активность Rpx появляется в прехордальной пластинке (эндомезодерме) и затем в области аденогипофиза, что явно указывает на взаимосвязь, а возможно и на преемственность этих структур.
Rpx является важным, но не единственным геном, участвующим в образовании гипофиза. К настоящему времени выявлено, по крайней мере, 5 гомеобоксных генов, принимающих участие в развитии аденогипофиза (Watkins-Chow and Camper,1998). Один из генов семейства LIM-гомеобоксных генов Lhx3, он же mLim3 или P-Lim, является существенным для формирования гипофиза и функционирования того же гена Rpx (Bach et al.,1995; Sheng et al., 1997; Sheng and Westphal,1999). Это было показано при направленном разрушении гена Lhx3. Оказалось, что у мышей, гомозиготных по отсутствию гена Lhx3-/-, ген Rpx экспрессировался нормально до стадии 10,5 сут, но после этого его активность снижалась и прекращалась. В итоге у таких мышей не развивались передняя и промежуточная доли гипофиза и,естественно, отсутствовали все 5 типов эндокринных клеток (Sheng et al.,1996,1997). Значение этого гена не только для дифференциации клеток в эмбриогенезе, но и для поддержания секреции соматотропного или ростового гормона, тиреотропного, лютеинизирующего, пролактинового гормонов в гипофизе взрослых мышей показано в самое последнее время (Glasgow et al.,1997).
Исследован еще один ген, экспрессия которого прослеживается от организатора Шпемана до зачатка гипофиза (Deardorff et al.,1998). Этот ген, изолированный у Xenopus был обозначен как ген Xfz8. Как уже говорилось выше, он относится к группе генов, которые производят белки frizzled, являющиеся рецепторами для Wnt лигандов. Эктопическая экспрессия Xfz8 приводит к образованию полной вторичной оси. Оказалось, что экспрессия Xfz8 начинается в ранней губе бластопора (стадия 10+) и затем концентрируется в медианных клетках ведущего края мигрирующей эндомезодермы. В течение поздней гаструлы и ранней нейрулы (стадии 12 и 13) Xfz8 обнаруживается в ПХМ. Наконец, на хвостовой почке (стадия 22) Xfz8 экспрессируется в stomadeal-hypophyseal, т.е. аденогипофизарном зачатке (Deardorff et al.,1998).
Влияние прехордальной пластинки, по крайней мере, на развитие головного мозга и затем, в обратном порядке, уже на гипофиз прослеживается на примере действия гена Т/ebp или Nkx2.1 (Kimura et al.,1996; Pera and Kessel,1997). Этот ген демаркирует вентральную часть переднего мозга, которая затем становится гипоталамусом и гипофизом (Lazzaro et al.,1991). Он экспрессируется в диэнцефалоне, который находится как раз над прехордальной пластинкой. Такое положение экспрессионного домена T/ebp предполагает существенное влияние вертикальных сигналов из ПХМ снизу вверх на вентральную часть переднего мозга с целью активизировать T/ebp. В последующем зона экспрессированного T/ebp действует в противоположном направлении, видимо, участвуя в формировании гипофиза (рис.7).

Рис. 7. Некоторые этапы развития прехордальной мезодермы и гипофиза.
(а) Стадия нейруляции. Участие прехордальной мезодермы (РСМ) в пост- роении мозга и головы позвоночных. Ряд генов, которые экспрессируются в границах РСМ и влияют на развитие мозга, указаны в скобках.
(б) Стадия вентрализации переднего мозга и образования гипоталамуса. Факторы вентрализации (напр., SHH, BMP7) из РСМ влияют на основание мозга; возвратное влияние генов Rpx, T/ebp и др., экспрессирующихся в вентральной части мозга, воздействуют на РСМ.
(в) Замещение РСМ аденогипофизом и появление клеток, секретирующих различные гормоны (ACTH,адренокортикотропный; GH, ростовой; TSH, тиреотропный; PRL, пролактин) Ah, аденогипофиз; D, диэнцефалон; Ih, промежуточный гипофиз; Ht, гипоталамус; N, хорда; PBV, портальный кровеносный сосуд; PCM, прехордальная мезодерма; Ph, задняя часть (нейральная) гипофиза; RP, карман Ратке. Закрашены черным цветом РСМ (а, б) и аденогипофиз (в).

Это было выявлено при разрушении гена T/ebp. Оказалось, что в случае T/ebp-/- были обнаружены значительные нарушения в вентральной части переднего мозга и полностью отсутствовал гипофиз.

Дата добавления: 2015-11-16