Молекулярный дизайн пути Hedgehog обеспечивает точное формирование тканей
Исследователи из Калифорнийского технологического института создали в чашке Петри систему, воспроизводящую межклеточную коммуникацию, лежащую в основе пространственной организации (паттернинга) тканей эмбриона. Это позволило наблюдать и манипулировать этим фундаментальным процессом.
Работа была сосредоточена на сигнальном пути Hedgehog, который формирует пространственно организованные структуры в различных тканях и органах. Учёные обнаружили, что этот путь обладает сложной молекулярной архитектурой, обеспечивающей точный паттернинг.
Контекст и значение
- Путь Hedgehog жизненно важен для правильного развития центральной нервной системы, конечностей и многих других органов.
- Дефекты в связанных с Hedgehog генах приводят к заболеваниям развития.
- Понимание принципов работы этого пути позволит предсказывать его поведение и реакцию на лекарства.
- Новая методика может открыть новые способы создания сложных тканей для регенеративной медицины.
Суть метода
Вместо работы со сложным эмбрионом исследователи создали тканеподобный слой из клеток мышиных фибробластов в чашке Петри. Эти клетки не формируют паттерны самостоятельно. Учёные синтетически модифицировали фибробласты, чтобы они:
- Производили морфоген Sonic Hedgehog (SHH).
- Реагировали на SHH.
- Светились синим при отправке сигнала SHH и жёлтым — при его получении.
Это позволило в реальном времени наблюдать за распространением сигналов от клетки к клетке.
Ключевое открытие
Новая система позволила исследователям «перепрошивать» сигнальный путь, меняя его архитектуру. Это помогло понять, какие особенности системы обеспечивают формирование высокоточных пространственных паттернов. Было обнаружено, что путь Hedgehog обладает необычной молекулярной архитектурой, гарантирующей точность межклеточной коммуникации.
«Здесь мы узнали, что определённые особенности системы Hedgehog — когда-то считавшиеся непостижимыми и даже нелогичными — на самом деле работают вместе красивым образом, обеспечивая точный паттернинг», — говорит Майкл Эловиц, руководитель исследования.
Исследование, озаглавленное «Morphogen gradient reconstitution reveals Hedgehog pathway design principles», опубликовано 4 мая в журнале Science.