Как эмбрионы мыши определяют левую и правую стороны

Биологи из RIKEN обнаружили, как крошечные волоски в эмбрионах обнаруживают поток жидкости, что в конечном итоге приводит к различиям в развитии левой и правой сторон эмбриона. Это открытие не только разрешает давние споры, но и будет полезно для исследований нарушений, возникающих при сбое этого процесса.

Снаружи левая и правая стороны тела позвоночных обычно выглядят одинаково. Но внутри ситуация иная: многие органы, такие как сердце, печень и селезёнка, расположены слева или справа от центральной оси.

Эмбрионы же начинают развитие как симметричные скопления клеток. Учёных давно интересовало, как в эмбрионах возникают различия между левой и правой сторонами.

Крошечные волоски, или реснички, в эмбрионе мыши вращаются по часовой стрелке, создавая левосторонний поток в окружающей жидкости. Этот поток жидкости затем улавливается неподвижными ресничками, расположенными слева и справа от движущихся. Это обнаружение движения жидкости заставляет левую и правую стороны эмбриона развиваться по-разному.

Однако ведутся споры о том, как неподвижные реснички ощущают поток жидкости. Было предложено два механизма: один, при котором движение обнаруживается через химические вещества в потоке, и другой, при котором оно обнаруживается посредством механической силы. Но до сих пор никто не показал экспериментально, какой из них верен.

Хироси Хамада и Такано́бу Като из Центра динамических исследований биосистем RIKEN и их коллеги положили конец этим дебатам, показав, что реснички в эмбрионах мышей обнаруживают движение механически.

Используя микробусинки, захваченные лазерным лучом, команда воздействовала на одну ресничку и наблюдала сигнал с участием ионов кальция. Это показало, что механическое воздействие всего на одну ресничку может определять лево-правую асимметрию в эмбрионах.

С помощью современных методов микроскопии они также обнаружили, что левые и правые реснички изогнуты в противоположных направлениях. Более того, они выяснили, что реснички чувствуют направление изгиба, потому что каналы внутри них распределены несимметрично. Следовательно, кальциевые сигналы запускаются только тогда, когда жидкость ударяет по ним в одном направлении, что объясняет, почему активируются только реснички на левой стороне эмбриона.

«Наше исследование наконец ответило на один из самых важных вопросов для определения левой и правой сторон, а именно, почему левосторонний нодальный поток активирует только левую сторону», — говорит Като, первый автор исследования, опубликованного в Science. «Это важный шаг к пониманию механизма определения левой и правой сторон».

Эти результаты могут иметь практическое применение. «Наши результаты предоставляют полезную информацию для исследований того, как формируются органы, — говорит Като. — Они также могут быть полезны для поиска способов лечения заболеваний, связанных с ресничками».