Гены и физика в формировании кишечника эмбриона
Два новых исследования в Developmental Cell и PNAS раскрывают, как генетические сигналы и физические силы совместно формируют различные отделы и форму кишечника на эмбриональной стадии.
Роль Hox-генов и механики тканей
Исследование в Developmental Cell под руководством Хасрит Гилл показало, как набор регуляторных генов Hox диктует формирование кишечника. Учёные использовали эмбрион цыпленка в качестве модели.
- Hox-гены (высококонсервативные у всех позвоночных) задают "инструкции" для сегментации и придания формы разным органам.
- Ключевое открытие: механические свойства тканей,
формирующих тонкий и толстый кишечник, напрямую влияют на их конечную
форму.
- Ткани, образующие ворсинки тонкого кишечника, имеют иные параметры жесткости, чем ткани, формирующие складки толстой кишки.
- Ген HoxD13 регулирует механические свойства и скорость роста тканей, ведущие к форме толстого кишечника. Другие Hox-гены могут определять эти же свойства для тонкого кишечника.
Связующее звено: сигнальный путь TGF Beta
Учёные выявили критическую роль нижестоящего сигнального пути TGF Beta, контролируемого Hox-генами.
- Изменяя уровень сигналинга TGF Beta в эмбрионах, исследователи могли "переключать" формы разных отделов кишечника.
- Это открытие — важный шаг в фундаментальном понимании развития кишечника у позвоночных.
Значение для медицины
Понимание этих механизмов может пролить свет на природу некоторых заболеваний:
- Колоректальный рак и другие фиброзные заболевания кишечника.
- Гипотеза: болезнь может "перехватывать" эволюционно древнюю программу развития, что приводит к избыточному отложению внеклеточного матрикса и вреду для пациента.
Геометрия, упругость и рост
Дополнительное исследование в PNAS, со-руководимое Гилл и Сифань Инь, показало, как геометрия, упругие свойства и скорость роста контролируют различные механические паттерны в отделах кишечника.
- Фокус был на сложных вторичных паттернах деформации, таких как удвоение периода и многоуровневые складчато-морщинистые структуры.
Новый подход к морфогенезу
Эти работы предлагают новую парадигму для изучения того, как гены влияют на развитие формы (морфогенез).
"Морфогенез обусловлен силами, возникающими из клеточных событий, динамики тканей и взаимодействий с окружающей средой. Наши исследования соединяют разрыв между молекулярной биологией и механическими процессами", — отметил Сифань Инь.
Исследования также открывают путь к изучению эволюционной пластичности развития кишечника: могут ли естественные вариации в генетических сигналах объяснять разнообразие форм кишечника у разных видов?
