Развитие хряща и кости: три пути формирования скелета
У позвоночных скелет разных частей тела формируется из разных клеток-предшественников. Исследователи из Базельского университета обнаружили, что эти скелетные клетки различаются не только по происхождению, но и по регуляции генов. Это может быть ключом к эволюционному успеху позвоночных.
Хотя части скелета структурно похожи, они не одинаковы: у позвоночных (включая человека) разные отделы скелета возникают из разных групп клеток-предшественников во время эмбрионального развития. Каждая группа использует свой набор регуляторных белков и проходит собственную программу развития для образования хряща и кости. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Три «строительные бригады» с разными «чертежами»
Можно представить это как три строительные бригады, каждая из которых возводит свой этаж дома. У них разные материалы, чертежи и инструменты, но в итоге получаются структурно и функционально похожие этажи.
- Череп и лицевые кости образуются из клеток нервного гребня. Они возникают на спинной стороне эмбриона и наиболее близки по развитию к клеткам центральной нервной системы.
- Позвоночник и рёбра формируются из клеток сомитической мезодермы. Они возникают по бокам от спины эмбриона и дают начало не только костям, но и мышцам, и части кожи.
- Скелет конечностей (рук и ног) и часть грудной клетки происходят из латеральной пластинки мезодермы на боках эмбриона.
Проведя анализ отдельных клеток у эмбрионов цыплят, исследователи выяснили, что все три группы клеток используют разные регуляторные механизмы для запуска программы развития, создающей скелетные клетки.
«Из этих результатов мы делаем вывод, что скелетные клетки в разных областях тела на самом деле не так похожи, как считалось ранее», — говорит биоинформатик, доктор Мэнхан Ван, один из ведущих авторов исследования.
«Скорее, это разные типы клеток, участвующие в производстве похожей ткани», — добавляет эмбриолог, доктор Ана Ди Пьетро-Торрес, второй ведущий автор.
Такая, на первый взгляд, излишне сложная система может быть одним из ключей к эволюционному успеху позвоночных.
«Если скелет разных областей тела определяется разными "чертежами", эти части скелета могут изменяться независимо друг от друга, — объясняет профессор Патрик Чопп. — Это может объяснить, почему у позвоночных эволюционировало так много разных типов скелетов».