Исследование раскрывает, как формируются дыхательные трубки и капилляры

Учёные из Института биомедицинских исследований (IRB Barcelona) и CSIC сообщили о формировании тонких дыхательных трубок у мухи Drosophila, процесс, напоминающий развитие мельчайших кровеносных сосудов — капилляров — у млекопитающих. Эти трубки, образованные одной клеткой, соединяют главные трубки дыхательной системы с органами и тканями, обеспечивая их кислородом. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.

Исследовательская группа под руководством профессора CSIC Хорди Касановы изучает экспрессию генов, ведущую к формированию разных частей организма. Изучение развития дыхательных трубок у Drosophila важно, поскольку задействованные гены и механизмы очень похожи на те, что присутствуют в дыхательной и кровеносной системах млекопитающих. "Наше исследование объясняет формирование мельчайших трубок, которые развиваются для транспорта питательных веществ и кислорода к тканям", — говорит Касанова.

Формирование капилляров тесно связано с развитием опухолей, так как они способны генерировать новые капилляры для получения большего количества питательных веществ в процессе, известном как ангиогенез. Одна из изучаемых стратегий предотвращения роста опухолей — ингибирование образования этих путей снабжения.

Изучение трансформации клетки в трубку in vivo

Трубки имеют диаметр всего в несколько микрон и формируются внутри одной клетки. Удлинение клетки и развитие трубки происходят одновременно. "Если ткани или органу нужен кислород, они посылают сигнал клеткам главной трубки. В этот момент одна клетка начинает удлиняться в направлении цели, в то время как трубка развивается внутри. Это похоже на надевание смятой перчатки на палец: материал растягивается по мере того, как палец скользит внутрь".

Чтобы наблюдать процесс in vivo, исследователи снимали развитие эмбрионов под микроскопом. "Наблюдение за развитием эмбриона в реальном времени позволило нам увидеть, что происходит во всём организме, и понять взаимодействие с соседней тканью. Затем, используя методы молекулярной биологии, мы идентифицировали участвующие компоненты", — объясняет первый автор исследования Луи Жерве.

Сигнал, который испускают клетки ткани, называется фактором роста фибробластов (FGF). Клетка трубки реагирует, активируя фактор сывороточного ответа (SRF) — тот же ген, что активен в капиллярах кровеносной системы млекопитающих. "Мы обнаружили, как этот генетический механизм действует внутри клетки, обеспечивая её реорганизацию и трансформацию в трубку". Исследователи определили двух главных участников:

• Актин — белок, связанный с движением клетки, который концентрируется на кончике клетки, откуда начнётся её удлинение.
• Микротрубочки — очень тонкие волокна, которые с одной стороны крепятся к актину, а с другой — к противоположной стороне клетки.

Сеть микротрубочек подобна рельсам, по которым перемещаются компоненты для включения как во внешнюю мембрану клетки, так и во внутреннюю мембрану трубки, чтобы обе росли. Актин же действует как разведчик, указывая направление роста. Таким образом, совместное действие актина и микротрубочек организует удлинение клетки и рост трубки в направлении целевой ткани.