Ученые показали, как клетки, граничащие с костью, могут формировать череп

Череп — это не единая кость, а совокупность костных пластин, соединяющихся на ранних этапах развития. В исследовании на мышах ученые Медицинской школы Икан на горе Синай показали, как активность одного гена, включенного в недавно обнаруженной группе клеток, граничащих с костью, может играть важную роль в формировании черепа. Черепа мышей, лишенных этого гена, были деформированы и обеднены этими клетками, что напоминает краниосиностоз — нарушение развития, затрагивающее примерно одного из 2500 новорожденных в США.

Исследование было сосредоточено на клетках венечного шва — фиброзного соединения, связывающего переднюю и среднюю костные пластины. У человека он проходит через верхнюю часть черепа от одного виска к другому. В ходе развития шов заполнен буферной тканью — мезенхимой, содержащей стволовые клетки. Эти стволовые клетки обеспечивают постоянный источник новых костных клеток (остеобластов), необходимых для роста пластин по обе стороны и расширения черепа. У взрослых эти стволовые клетки истощаются, и соединения между костными пластинами срастаются.

Краниосиностоз — это врожденный дефект, при котором это сращение происходит преждевременно, что приводит к рождению детей с деформированными черепами и возможными неврологическими проблемами. Ученые показали, что около 25% случаев связаны с генетическими мутациями, а нормальное развитие шва контролируется различными факторами роста. Из всех швов, необходимых для формирования черепа, венечный шв чаще всего поражается при краниосиностозе.

В этом исследовании лаборатория Холмса сотрудничала с лабораториями Бина Чжана, Харма ван Бакеля и Этилин Ванг Джабс из Икан Маунт Синай. Вместе они изучили, как генетическая активность в клетках венечного шва меняется во время раннего развития. Для этого они измерили уровни РНК в отдельных клетках шва у эмбриональных мышей примерно за один-три дня до нормального рождения.

Их результаты показали, что ген, кодирующий молекулу hedgehog interacting protein (HHIP), играет уникальную и критическую роль в развитии венечного шва. Ген был более активен в новой группе мезенхимальных клеток, чем в остеобластах. Фактически, ученые наблюдали противоположную тенденцию в клетках других швов. Эксперименты с трассировкой показали, что после рождения остеобласты венечного шва происходят из этих мезенхимальных клеток. Более того, черепа эмбриональных мышей-мутантов, лишенных гена HHIP, имели иную форму по сравнению с нормальными мышами. В частности, было меньше мезенхимальных клеток, разделяющих кости черепа, и мутантный венечный шов был близок к сращению.

Белки Hedgehog — это факторы роста, известные своим руководством нормальным ростом и развитием у различных видов, включая стимулирование роста костей. Известно, что HHIP ингибирует активность hedgehog. По мнению авторов исследования, их результаты позволяют предположить, что ген HHIP снижал активность hedgehog, чтобы обеспечить нормальное развитие венечного шва. Они надеются, что передовые исследования генетики единичных клеток, подобные этому, дадут исследователям более полное понимание того, как формируется череп в здоровых условиях и при патологиях.

Исследование опубликовано в Nature Communications.