Молекулярные механизмы формирования покровных тканей Лекция 12

Лекция 12
Молекулярные механизмы
формирования покровных
тканей
Кожа человека (эпидермис и дерма),
окрашенный срез
Схематическое изображение организации кожи
человека
Эпидермис
• Эпиде́рмис (Э) — наружный роговой слой кожи. Состоит из
клеток эпителия и базальной мембраны. Включает в себя пять
слоев: 1. Роговой слой, 2. Блестящий слой, 3. Зернистый слой,
4. Шиповатый слой, 5. Базальный слой. Э тесно соединен с
дермой (Д), прорастая в нее отростками в виде сосочков. Э биологически наиболее активный слой кожи. Он состоит из
клеток с различными функциями и задачами. Например, роговой
слой эпидермиса состоит из кератиновых клеток, которые уже
ороговели и служат в качестве защиты. В нижних слоях
расположены пигментные клетки (меланоциты), которые под
воздействием ультрафиолета образуют пигмент меланин;
иммунные клетки, которые обезвреживают бактерии и другие
возбудители болезней. В самой нижней части эпидермиса,
примыкая к дерме, располагается так называемый
зародышевый слой (базальный). Именно здесь происходит
зарождение новых клеток, обеспечивающее процессы
регенерации эпидермиса.
Схема слоев эпидермиса человека. Базальные клетки характеризуются митотической
активностью, а полностью кератинизированные клетки наружной поверхности кожи погибают и
постоянно слущиваются. Кератиноциты получают свой пигмент в результате транспорта
меланосом из отростков меланоцитов, находящихся в базальном слое. (По Montagna, Parakkal
1974.)
Эпидермис
В нормальной коже скорость образования Э равна скорости его утраты и
составляет около четырёх недель. За две недели клетка Э мигрирует из базального
слоя на верх гранулярного слоя. Ещё две недели требуется клетки для пересечения
ими рогового слоя.
• Эпидермис васкуляризован, питается за счёт диффузии из
дермы и состоит из четырёх типов клеток: кератиноциты,
меланоциты, клетки Лангерганса и клетки Меркеля.
•
•
•
•
Кератиноциты составляют 95% клеток эпидермиса.
Меланоциты – пигментные клетки эпидермиса, содержат меланин и являются
производными клеток нервного гребня.
Клетки Лангерганса – разновидность дендритных клеток, их много в Э, они
содержат большие гранулы – т.н. гранулы Бирбека. В норме они присутствуют в
лимфоузлах и могут быть обнаружены в других органах в условиях
гистиоцитоза. Клетки Лангерганса в Э присутствуют главным образом в
шиповатом слое. Они происходят дифференцировкой из моноцитов с
клеточным маркёром "Gr-1" (также известном как "Ly-6c/G"). Их
дифференцировка происходит под действием колониестимулирующего
фактора-1 (CSF-1). Функционально и по морфологии они родственны
макрофагам.
Клетки Меркеля – большие овальные клетки кожи позвоночных. Они связаны с
чувством осязания и отвечают за развитие высоко злокачественной формы рака
кожи, известного как карцинома клеток Меркеля. Клетки Меркеля
обнаруживаются в глубинных слоях Э (stratum germinativum) всех позвоночных.
У млекопитающих – это прозрачные клетки базального слоя Э. С ними часто
ассоциированы окончания чувствительных нервов (нервные окончания
Меркеля), которые, вместе с клетками Меркеля, отвечают за осязание. Клетки
Меркеля являются производными клеток нервного гребня.
Дерма
• Де́рма (лат. dermis, от греч. dérma — кожа),
кориум (лат.corium, от греч. chórion — кожа),
кутис — собственно кожа, соединительнотканная часть кожи у позвоночных животных
и человека, расположенная между
эпидермисом и нижележащими органами, с
которыми дерма более или менее подвижно
связана посредством подкожной рыхлой
соединительной ткани, часто богатой
жировыми отложениями.
• Дерма состоит из 2 слоёв. Поверхностный
слой (сосочковый, губчатый,
подэпителиальный) выполняет в основном
функцию питания эпидермиса и его
производных (желёз, перьев, волос); он богат
сосудами, имеет относительно рыхлое
строение и у некоторых животных образует
выступы (сосочки), вдающиеся в толщу
эпидермиса. Расположенный под ним слой
(сетчатый, ретикулярный, компактный),
составляющий большую часть дермы,
представлен плотной соединительной тканью
и выполняет в основном опорную функцию.
Кожа
Волосы
Развитие волосяных фоликул
Развитие волосяных фолликулов в коже плода человека. A — Эпидермальные клетки базального слоя
становятся цилиндрическими и несколько выпячиваются в дерму. Б — Эпидермальные клетки
продолжают пролиферировать, а мезенхимные клетки дермы собираются у основания первичного зачатка
волоса, где формируют дермальную папиллу. В — В удлиняющемся зачатке волоса начинает
дифференцироваться волосяной стержень. Г — Из волосяного фолликула выcтупает кератинизированный
стержень волоса, вторичная почка образует сальную железу, а ниже ее находится область, в которой могут располагаться стволовые клетки волоса, способные обеспечить следующий цикл развития
волоса. Д — Фотография удлиненого зачатка волоса. (По Hardy 1992 и Miller et al. 1993)
Факторы
эпидермиса
(Gilbert,
2003).
Факторы роста и пролиферация эпидермиса. A
— Мышонок дикого типа. Б — Мышонок из
того же помета, но с высоким уровнем экспрессии TGF-a в кератиноцитах. У него чешуйчатая
кожа и очень мало шерсти. Под каждой мышью
дан поперечный срез ее кожи. У мыши, характеризующейся высокой продукцией TGF-a , толстый слой кератинизированного эпителия,
который слущивается. В — Трансгенная мышь,
характеризующаяся низким уровнем продукции
KGF в кератиноцитах. Обратите внимание на
скудный шерстный покров вокруг конечностей, глаз и
носа. На срезе кожи не видны волосяные фолликулы
и увеличено количество базальных клеток
эпидермиса. (А, Б — по Vassar, Fuchs 1991; Guo et al.
1993, фото Fuchs.)
Фенотип мыши, секретирующей в базальном
эпидермисе белок Dickkopf (Gilbert, 2003)
А — Контрольная и трансгенная мыши из одного помета. У трансгенной мыши в
базальном эпидермисе экспрессируется ген dickkopf, ингибируя сигнальный путь
Wnt в слоях эпидермиса и дермы. У мыши нет шерсти. Б,В — Срезы кожи
контрольного (Б) и трансгенного (В) 14,5-дневных зародышей; у трансгенной мыши
отсутствуют плакоды. Г,Д —Срезы кожи контрольной (Г) и трансгенной (Д) мыши на
18, 5 сутки зародышевого развития; волосяные фолликулы у трансгенной мыши
отсутствуют (по Andl et al. 2002)
(по Gilbert, 2003)
Экспрессия генов у контрольной мыши и трансгенной мыши, экспрессирующей Dickkopf. Гибридизация in situ (красный цвет, стрелки)
у 15-суточных зародышей, имеющая целью выявить несколько белков. А, Б — Wnt10b; В, Г — β-катенин; Д,Е — рецептор эктодисплазина; Ж,З — BMP4; И,К — Gli1, индуцируемый Sonic-hedgehog
(указывает на присутствие Sonic hedgehog). Л — Общий вид пути, регулирующего развитие волосяного фолликула у мыши. (По Andl et al. 2002).
Развитие зубов
• The tooth bud (sometimes called the tooth
germ) is an aggregation of cells that
eventually forms a tooth.These cells are
derived from the ectoderm of the first
branchial arch and the ectomesenchyme
of the neural crest.The tooth bud is
organized into three parts: the enamel
organ, the dental papilla and the dental
follicle.
Гистологический срез зачатка зуба
A: enamel organ
B: dental papilla
C: dental follicle
Детальное строение зуба
Формирование зуба
• Tooth development is commonly divided into the
following stages: the bud stage, the cap, the bell,
and finally maturation.
• The staging of tooth development is an attempt
to categorize changes that take place along a
continuum; frequently it is difficult to decide what
stage should be assigned to a particular
developing tooth. This determination is further
complicated by the varying appearance of
different histologic sections of the same
developing tooth, which can appear to be
different stages.
• The enamel organ is composed of the outer enamel
epithelium,inner enamel epithelium, stellate reticulum
and stratum intermedium. These cells give rise to
ameloblasts, which produce enamel and the reduced
enamel epithelium. The location where the outer enamel
epithelium and inner enamel epithelium join is called the
cervical loop. The growth of cervical loop cells into the
deeper tissues forms Hertwig’s Epithelial Root Sheath,
which determines the root shape of the tooth.
• The dental papilla contains cells that develop into
odontoblasts, which are dentin-forming cells.
Additionally, the junction between the dental papilla and
inner enamel epithelium determines the crown shape of
a tooth. Mesenchymal cells within the dental papilla are
responsible for formation of tooth pulp.
Развитие зубов
• The dental follicle gives rise to three
important entities:
cementoblasts,osteoblasts, and
fibroblasts. Cementoblasts form the
cementum of a tooth. Osteoblasts give rise
to the alveolar bone around the roots of
teeth. Fibroblasts develop the periodontal
ligaments which connect teeth to the
alveolar bone through cementum
Формирование зуба (Gilbert, 2003)
Формирование зуба
• Концентрация паракринных факторов роста и
дифференцировки в области нижнего коренного зуба
14-суточного зародыша мыши, где наиболее активны
процессы морфогенеза и дифференциации.
• Граница зубного эпителия показана белой линией.
Паракринные факторы секретируются эмалевым
узелком, представленным массой неделящихся
эпителиальных клеток. (Концентрация BrdU
свидетельствует о том, что в клетках эмалевого
узелка ДНК не реплицируется.) Над каждым фото,
представляющим результаты гибридизации in situ,
приведена серийная реконструкция области
экспрессии гена. (По Jernvall 1995.)
Формирование зуба (по Gilbert, 2003)
Формирование зуба
• Изменения в популяции клеток нервного гребня при
формировании зуба. Сначала эктомезенхима
нервного гребня индуцирует и поддерживает
развитие эктодермальной плакоды. Плакода растет,
вызывая агрегацию подлежащих клеток гребня.
Клетки нервного гребня погружаются в
эктодермальное выпячивание, где образуют зубной
сосочек. Эти клетки становятся одонтобластами зуба
и частью дентинобразующей пульпы.
• На срезах,представленных в нижнем ряду рисунка,
клетки нервного гребня окрашены в синий цвет, а
эктодерма — в контрастный розовый. (По Thesleff,
Sahlberg 1996.)
Gilbert,
2000