Конвергентное расширение ( CE ), иногда называемое конвергенцией и расширением ( C&E ), представляет собой процесс, при котором ткань эмбриона реструктурируется таким образом, чтобы она сходилась (сужалась) вдоль одной оси и расширялась (удлинялась) вдоль перпендикулярной оси за счет клеточного движения.
Примером этого процесса является то, что переднезадняя ось (ось, проходящая между головным и хвостовым концом эмбриона) становится длиннее, поскольку боковые ткани (те, которые составляют левую и правую стороны эмбриона) движутся к дорсальной средней линии (середине спины животного). [1] Этот процесс играет решающую роль в формировании плана тела во время эмбриогенеза и происходит во время гаструляции , нейруляции , удлинения оси и органогенеза как у эмбрионов позвоночных , так и у беспозвоночных . У хордовых животных этот процесс используется в огромной популяции клеток: от меньших популяций в хорде морской асцидии (асцидии) до больших популяций дорсальной мезодермы и нейральной эктодермы лягушек (Xenopus) и рыб. Многие характеристики конвергентного расширения сохраняются у костистых рыб, птиц и, весьма вероятно, у млекопитающих на молекулярном, клеточном и тканевом уровне. [2]
Конвергентное расширение в первую очередь изучалось на лягушках и рыбах из-за их большого размера эмбриона и их развития вне материнского хозяина (в кладках яиц в воде, а не в матке). [1] Однако у лягушек и рыб существуют фундаментальные различия в том, как достигается конвергентное расширение. Эмбриогенез лягушек использует перестройку клеток как единственного участника этого процесса. Рыбы, с другой стороны, используют как перестройку клеток, так и направленную миграцию [1] (рис. 1). Клеточная перестройка — это процесс, при котором отдельные клетки ткани перестраиваются, чтобы изменить форму ткани в целом, в то время как клеточная миграция — это направленное перемещение отдельной клетки или небольшой группы клеток через субстрат, такой как мембрана или ткань.
У лягушки (Xenopus), как и у других амфибий, гаструляция служит прекрасным примером роли конвергентного расширения в эмбриогенезе. Во время гаструляции у лягушек движущей силой конвергентного расширения является морфогенетическая активность презумптивных дорсальных мезодермальных клеток; эта активность обусловлена мезенхимальными клетками , которые лежат под презумптивными мезодермальными и нервными тканями. [2] Эти ткани существуют в инволюционной краевой зоне (ИМЗ) эмбриона, которая находится между вегетативной энтодермой и задней нервной тканью. ИМЗ является неотъемлемой частью гаструляции, и Р. Келлер и др. красноречиво иллюстрируют важность конвергентного расширения в гаструляции Xenopus. «…ИМЗ, как следует из ее названия, инволюционирует или перекатывается через бластопоральную губу и выворачивается наизнанку. По мере того, как он инволюцируется, он сходится вдоль медиолатеральной оси и простирается вдоль будущей переднезадней оси хордальной и сомитной мезодермы. Конвергенция и расширение этих тканей сжимает бластопор и одновременно удлиняет ось тела. Удлинение продолжается на стадиях нейрулы и хвостовой почки... По мере того, как эти инволюцированные дорсальные мезодермальные ткани сходятся и расширяются на внутренней стороне гаструлы, предполагаемая задняя нервная ткань сходится и расширяется на внешней стороне эмбриона, параллельно подлежащей мезодерме, а затем сворачивается, образуя нервную трубку, которая позже образует задний мозг и спинной мозг центральной нервной системы». [2] Если конвергентное расширение будет прервано или неполно, полученный организм будет иметь короткую переднезаднюю ось, широкую хорду и широкую открытую нервную трубку. [1]
Клеточные сигналы, необходимые для конвергентного расширения, до конца не изучены, однако известно, что неканонический сигнальный путь Wnt играет важную роль. [1] [2] Текущие исследования проливают свет на клеточные механизмы конвергентного расширения, и недавно путь планарной клеточной полярности (PCP) был вовлечен в регуляцию клеточной полярности факторов, участвующих в конвергентном расширении. Это интересное развитие, поскольку путь PCP является неотъемлемым и хорошо изученным путем у мух, но классически считалось, что он не используется позвоночными. [1] В дополнение к участию неканонических путей Wnt и PCP в конвергентном расширении, подавление определенных молекул межклеточной адгезии, таких как взаимодействия C-кадгерина и фибронектина/интегрина, также может играть роль. [2] Снижение активности этих молекул межклеточной адгезии позволяет клеткам, подвергающимся конвергентному расширению, двигаться более свободно. В соответствии с ролью снижения межклеточной адгезии в конвергентном расширении, если межклеточная адгезия не снижается, конвергентное расширение не может произойти. [2]