Взаимодействия между частями развивающейся конечности позвоночных.

Зачаток конечности образуется из мезенхимы, происходящей из париетального листка мезодермы. Клетки мезодермы скапливаются под эктодермой сбоку от зародыша и формируют почку конечности. У амниот вначале формируются длинные складки, растянутые в передне-заднем направлении (вольфовы гребни), которые позже рассасываются в своей средней части; из их передних и задних концов развиваются соответственно передние и задние конечности.

У многих животных над мезенхимой почки эктодерма образует утолщение, получившее название апикального гребня. В процессе развития конечности и мезодерме, и эктодерме почки принадлежит определенная роль.

По мере роста конечности меняется ее форма: апикальная часть расширяется и уплощается, зачаток конечности скручивается вокруг своей длинной оси. На апикальной поверхности появляются зачатки пальцев. У амниот обособление пальцев связано с гибелью клеток в промежутках между их зачатками.

Одновременно с внешней дифференцировкой конечности формируется ее внутренний скелет путем образования хрящей из сгущений мезенхимных клеток. Первым выделяется зачаток проксимального хряща — стилоподия, из которого в передней конечности разовьется плечевая кость, а в задней — бедренная. Затем образуются хрящи следующей в дистальном направлении части — зигоподия (локтевой и лучевой хрящи в передней конечности, большой и малый берцовые — в задней) и, наконец, аутоподия (хрящи кисти или стопы и фаланг пальцев). Хрящи плечевого и тазового поясов формируются позже стилоподиев, но раньше аутоподиев. В конечность прорастают кровеносные сосуды и миобласты из сомитов.

При дифференцировке парных конечностей происходят интенсивные эпителиально-мезодермальные взаимодействия. На начальных стадиях развития конечности, по-видимому, основным является воздействие мезодермы на эктодермальный эпителий. Под влиянием мезодермы эпителий утолщается и начинает активно расти. В опытах с реципрокными пересадками мезодермы почки крыла цыпленка под эктодерму с апикальным гребнем задней конечности и наоборот, орган развивался по мезодерме. Таким образом, специфичность конечности определяет ее мезодерма.

В дальнейшем нормальную дифференцировку дистальных отделов конечности (образование пальцев) определяют обратные влияния на мезодерму конечности, исходящие от утолщенного эпителия верхушки почки конечности (уже упоминавшегося ранее апикального гребешка). При удалении апикального гребешка фаланги не дифференцируются, а при его пересадке на презумптивную мезодерму проксимальной части конечности (из которой в норме должны были бы дифференцироваться бедренный или плечевой отделы) из нее развиваются дистальные части конечности — плюсна (или кисть) и фаланги. Интересно, что проксимальная мезодерма конечности не пассивно «прочитывает» сигналы, исходящие из гребешка, а как бы интерпретирует их «по-своему»: если мезодерму проксимальной части задней конечности (ноги) зародыша курицы пересадить под гребешок передней конечности (крыла), то она образует дистальную часть, но не крыла, а задней конечности. Значит, в «интерпретации» индукционного воздействия определенную роль сыграла природа самого реагирующего материала, взятого от задней конечности.

Другая морфогенетически активная зона зачатка конечности — небольшая область на ее заднем крае, около основания (мезодерма). Если эту так называемую «зону поляризующей активности» пересадить на передний край конечности, то произойдет ее зеркальное удвоение: спереди появится второй задний край с соответствующими пальцами. Если же эту зону удалить — конечность станет симметричной, задне-передние различия в ее структуре исчезнут. Обнаружено, что зона поляризующей активности характеризует­ся повышенной концентрацией морфогенетически активного нещества — ретиноевой кислоты (производное витамина А). Предполагается, что данная зона устанавливает задне-передний градиент концентрации ретиноевой кислоты, а этот градиент определяет асимметрию конечности.

Дорзовентральная ось конечности детермирируется эктодермой почки конечности. Так, если мезодерму почки извлечь, диссоциировать и реплантировать под эктодерму, то дорзовентральная ось различий дифференцировок клеток в такой почке восстановится, а переднезадняя – нет (клетки зоны поляризующей активности оказываются дисперигированными, а эктодерма остается интактной).

Буквально каждый последовательный шаг дифференцировки парных конечностей позвоночных сопровождается экспрессией или, напротив, подавлением экспрессии определенных генов (конечности в этом отношении не исключение, но они оказались особенно удобной моделью для исследований подобного рода). Гак, оказалось, что морфологические различия между передними и задними конечностями связаны с тем, что в передних конечностях активен ген, кодирующий белок ТЬх5, а в задних — ген, кодирующий белок ТЬх4. Оба белка — факторы транскрипции, т.е. от них зависит активность других генов. Большое значение при дифференцировке конечностей имеют белки, относящиеся к группе факторов роста фибробластов (FGF). Так, для возникновения зоны поляризующей активности необходима активность представителя этой группы белков, называемого FGF10. А процессы апоптоза (запрограммированной гибели клеток), необходимые для отделения друг от друга зачатков пальцев, регулируются белками, относящимися к уже известной нам группе BMP (напомним, что они являются «антииндукторами» осевых зачатков в развитии зародышей амфибий).