СТРУКТУРНЫЕ ОСНОВЫ БИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ Г.А. САВОСТЬЯНОВ, А.В. ВОРОБЬЕВ Н.М. ГРЕФНЕР Е.Г. МАГНИЦКАЯ Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, С. Петербург ~Gensav

Существующее положение Современная биология развития имеет крен в сторону молекулярной биологии и генетики в ущерб топологическим и геометрическим аспектам. Пространственная организация морфогенеза (взаиморасположение бластомеров и упаковка клеток в пластах) остаются неизвестными. Соответственно неясна суть перестроек клеточной упаковки в патологии. Прогнозирование развития – невозможно

Причины затруднений: 1) Неудачный выбор элементарной единицы развития (сейчас ею считается клетка). 2) настроенность на внутриклеточные механизмы, слабый учет клеточных взаимосвязей, игнорирование структуры клеточных решеток 3) недостаточное развитие формализованных теорий морфогенеза. 4) трудность эмпирической реконструкции 3-D структуры;

Существующие теории предлагают: Описание морфогенеза с использованием –реакционно –дифузионных моделей, –синергетики и фрактальной геометрии. –топологических и геометрических моделей смежности клеток в пластах

Геометрические модели укладки клеток в пластах (хроматический аспект не учитывается)

Пример эмпирической реконструкции 3-D структуры эпителия вестибулярного аппарата крысы по серийным срезам

Различия геометрии и топологии мозаик

Суть новой теории: 1) Элементарная единица ткани – не клетка, а клеточная группа - гистион 2) гистионы возникают в результате разделения функций между клетками и представляют собой самостоятельный уровень биологической организации; 3) клеточные пласты – это полимеризованные гистионы, они являются 1-D, 2-D и 3-D периодическими координационными решетками или клеточными сетями; 4) состав и структура гистионов и клеточных сетей служат предметом структурной биологии развития; 5) она может излагаться компактно, выводясь из немногих постулатов. 6) множество возможных вариантов гистоархитектуры эпителиев – вычислимо, 7) тканевое развитие можно прогнозировать

Этапы возникновения элементарных единиц многоклеточности (гистионов) на основе разделения труда

Варианты структуры мономерных гистионов

Мономерные гистионы и примеры их реализации

Периодическая таблица гистионов

Гистионы и их полимеры (клеточные решетки) различной размерности

11 двухмерных моделей эпителиев и примеры их реализации

11 моделей … (окончание )

Хроматческие варианты 2-D мозаик

3-D организация пласта с гистионом состава АВ

3-D организация пласта с гистионом состава АВ2

3-D организация пласта с гистионом состава АВ3

3-D организация пласта с гистионом состава АВС2

МОДЕЛИ МНОГОРЯДНОСТИ, построенные комбинированием слайсов

Варианты многорядности неизвестной 3-D структуры

МОДЕЛИ МНОГОСЛОЙНОСТИ

«Зашумление» тканевой структуры

Трансформации мозаик

Сосуществование мозаик

Дефекты решеток. Дисклинационный рисунок мозаики

Переформулировка проблемы изменения тканей

Итак, мы предлагаем –Новый аспект: структурная биология развития –Новую элементарную единицу развития (не клетка, а клеточный кластер – гистион) –Новое понимание пласта как регулярной клеточной решетки –Аксиоматизированный подход к вычислению множества архитектур для гистионов и решеток, –Прогнозирование возможных направлений развития пространственной организации клеточных пластов –Новый подход к реконструкции их трехмерного строения