Клетки «танцуют», сближаясь на ранней стадии развития эмбриона

Новое исследование, опубликованное в Nature Cell Biology, показало, что тот же тип сокращения, который приводит в действие наши мышцы, контролирует ключевую стадию развития млекопитающих. Учёные из EMBL в Гейдельберге измерили и картировали, как клетки на самой ранней стадии эмбриона плотно связываются друг с другом. Они также обнаружили ранее не наблюдавшееся клеточное поведение: клетки эмбриона «танцуют», совершая одинаковые ритмичные движения.

Объектом изучения была стадия развития, известная как компактизация, которая происходит, когда эмбрион состоит из восьми клеток. В ходе этого процесса, длящегося около 10 часов, эмбрион превращается из рыхлой группы клеток в тесно связанное целое: клетки меняют форму, увеличивая площадь контакта между ними.

Используя новый метод, исследователи смогли измерить силы, необходимые для изменения формы клеток по мере прогрессирования компактизации. Это позволило определить, какой клеточный процесс является её главным двигателем.

Первым кандидатом была адгезия, контролируемая молекулой E-cadherin на поверхности клетки, которая «скрепляет» клетки, как молния. Ранее было показано, что при блокировке адгезии компактизация не происходит.

Вторым кандидатом было клеточное сокращение, контролируемое белком миозином, который также вызывает сокращение мышечных волокон. Миозин «ходит» по дорожкам из актина. Каждая клетка имеет слой актина под мембраной, и миозин сокращает этот кортикальный слой, контролируя натяжение поверхности клетки. Было также установлено, что при блокировке способности клетки сокращаться компактизация не происходит.

«Измерив натяжение клеток при блокировке каждого процесса, мы доказали, что именно сокращение стягивает клетки вместе, а не адгезия, действующая как клей. Адгезия важна, но она работает скорее как якорь, а не как двигатель процесса», — объяснил первый автор исследования, постдок Жан-Леон Метр.

Исследование показало, что движущей силой компактизации является увеличение натяжения на внешней поверхности эмбриона, а не расслабление контактов между клетками. Изменение соотношения между этими двумя натяжениями теперь даёт простой способ описать процесс компактизации.

Параллельно с компактизацией, но в более коротком масштабе времени, команда наблюдала, как клетки начинают «танцевать». Этот «танец» вызван волной сокращения, которая изгибает поверхность клетки и проходит по ней каждые 80 секунд.

«Пока мы не знаем, важен ли этот "танец". Мы знаем лишь, что он происходит одновременно с компактизацией и контролируется тем же процессом», — говорит Такаши Хираги.

Хотя известно, что эмбриональные клетки других животных пульсируют с тем же интервалом в 80 секунд, такая конкретная форма движения наблюдалась впервые. Дальнейшие исследования, надеются учёные, раскроют детали этого необычного явления.