Давление определяет, какие эмбриональные клетки станут «организаторами»
Международная группа учёных из Калифорнийского университета, Технического университета Дрездена (Германия) и Детского центра Сидарс-Синай Герина (Лос-Анджелес) обнаружила механизм, с помощью которого эмбриональные клетки самоорганизуются, чтобы посылать сигналы окружающим клеткам, указывая им, куда двигаться и что делать. Хотя науке известны такие сигнальные центры, то, как отдельные клетки превращаются в организаторов, оставалось загадкой.
В статье, опубликованной в журнале Nature Cell Biology, исследователи выяснили, что клетки буквально «вдавливаются» в роль организаторов под давлением.
«Мы смогли использовать методы микрокапель, чтобы выяснить, как накопление механического давления влияет на формирование органов», — сказал соавтор Отгер Кампас, бывший доцент машиностроения в UCSB, а ныне управляющий директор и профессор физики жизни в TU Dresden.
Давление среды
Понимание того, как клетки решают стать организаторами при формировании органов, остаётся центральной задачей в изучении эмбриогенеза и ключом к пониманию эмбрионального развития.
«Понимая, как эмбрион формирует органы, мы можем начать задаваться вопросами о том, что идёт не так у детей, рождённых с врождёнными пороками», — отметил соавтор Офир Кляйн, исполнительный директор Детского центра Сидарс-Синай Герина.
Основываясь на ранее разработанных Кампасом методах (когда микроскопические капли, введённые между развивающимися эмбриональными клетками, измеряют силы, которые клетки оказывают друг на друга), и на наблюдениях за эмбриональным зубом-резцом, учёные обнаружили, что давление влияет на судьбу клетки — они чувствуют сжатие и используют эту информацию для самоорганизации.
«Это похоже на те игрушки, которые впитывают воду и увеличиваются в размерах, — говорит соавтор Неха Пинча Шрофф. — Представьте, что это происходит в ограниченном пространстве. В зубном зачатке клетки размножаются в фиксированном пространстве, что вызывает рост давления в центре, который затем становится кластером специализированных клеток».
Исследователи обнаружили, что клетки, испытывающие более сильное давление, перестают расти и начинают посылать сигналы для организации окружающих клеток зуба.
Эмбрионы используют несколько таких сигнальных центров, чтобы направлять клетки при формировании тканей и органов. Клетки вокруг этих центров получают более сильные или слабые сигналы в зависимости от своего местоположения и принимают решения соответственно. Как при строительстве небоскрёбов или мостов, формирование наших органов требует чёткого планирования, координации и правильной структурной механики.
«Эта работа может привести к дополнительным исследованиям того, как формируются и могут быть предотвращены врождённые пороки развития», — отметил Кляйн.
По словам Кампаса, понимание роли давления в эмбриональном развитии открывает новые возможности для исследований: «Очень интересно, что давление играет роль в установлении сигнальных центров. Будет интересно увидеть, влияет ли механическое давление на другие важные процессы развития и как именно».