Как клетки «карабкаются», чтобы построить трахеи плодовой мушки

Трахеи плодовой мушки больше похожи на человеческие кровеносные сосуды, чем на вход в человеческие лёгкие. Для создания этой сложной сети клетки эмбриона мухи должны отрастить «пальцы» (филоподии) и переместиться на нужное место. Исследователи из Университета Джонса Хопкинса обнаружили, что белок Mipp1 играет ключевую роль в способности клеток отращивать эти пальцевидные выросты.

Краткое изложение исследования, которое важно для понимания нормального и аномального развития тканей человека и других животных, будет опубликовано 25 ноября в журнале Cell Reports.

У плодовых мушек нет крови для доставки кислорода к клеткам. Вместо этого трубки трахеи многократно ветвятся, становясь всё тоньше — подобно крошечным капиллярным кровеносным сосудам в нашем теле — чтобы кислород мог диффундировать прямо из трахеи в соседние ткани.

В эмбрионе плодовой мушки два главных протока трахеи идут параллельно вдоль тела. От этих широких «дорсальных стволов» отходят несколько более тонких ветвей, которые растут кверху, пока не встречаются и не сливаются посередине, образуя единую сеть.

До и после удлинения дорсальные ветви состоят всего из шести соединённых клеток. Изначально они расположены в три ряда и обёрнуты вокруг тонкой трубки, соединённой с дорсальным стволом. Чтобы удлинить трубку, клетки в верхней части отращивают филоподии, которые вытягиваются и оттягивают клетки от ствола. Одновременно клетки перестраиваются, формируя структуру высотой в шесть клеток.

Несколько лет назад учёные обнаружили, что в развивающихся эмбрионах мух белок Mipp1 контролируется главным регуляторным геном, который управляет всем развитием трахеи. Mipp1 — это фермент, ответственный за превращение молекулы IP6 в IP3 путём отщепления трёх фосфатных групп.

Отслеживая его локализацию, исследователи обнаружили, что сначала белок находится по всей развивающейся ткани. Но вскоре он концентрируется в верхней паре клеток трёхклеточных дорсальных ветвей, которые готовы к удлинению. Именно эти клетки отращивают филоподии. При избытке Mipp1 наблюдалось слишком много филоподий. Слишком малое количество Mipp1 приводило к недостатку филоподий и медленному удлинению ветвей.

Чтобы проверить, является ли присутствие Mipp1 в верхних клетках причиной или следствием их положения, учёные генетически модифицировали мух для случайного включения гена Mipp1 в клетках дорсальной ветви. Ожидалось, что Mipp1 будет обнаруживаться случайным образом в шести позициях ветви. Вместо этого он присутствовал в двух верхних клетках более чем в три раза чаще, чем в других. Это говорит о том, что Mipp1 повышает вероятность того, что клетка «заберётся» наверх, где она нужна для удлинения ветвей.

Дальнейшие эксперименты показали, что Mipp1 располагается на внешнем крае (а не внутри) верхних клеток трахейных ветвей, где он преобразует IP6 в IP3. Однако точный механизм влияния этого процесса на рост филоподий остаётся предметом дальнейших исследований.