Живая 3D-визуализация раскрывает клеточную активность при развитии эмбрионального сердца

Испанские исследователи с помощью методов живой визуализации получили более глубокое представление о развитии эмбрионального сердца у мышей. Их анализ показывает координацию между клетками-предшественниками кардиомиоцитов — клетками, подобными стволовым, которые могут превращаться в другой специфический тип клеток во время развития сердца. Было обнаружено, что клетки-предшественники проходят через чередующиеся фазы превращения в сердечную мышцу (дифференцировки) для запуска ранней сердечной функции и участия в морфогенезе сердца. Исследование, первоначально опубликованное как препринт в bioRxiv, вышло сегодня в журнале eLife.

«Предыдущие исследования показали, что в развитии сердца позвоночных участвуют две популяции клеток-предшественников: клетки первого сердечного поля (FHF) и второго сердечного поля (SHF)», — поясняет ведущий автор Кензо Иванович из Испанского национального центра сердечно-сосудистых исследований (CNIC). — «FHF рекрутируются на ранних стадиях развития для формирования начальной формы сердечной трубки, а SHF подключаются позже, чтобы удлинить трубку. Однако до сих пор не удавалось зафиксировать ни точную роль дифференцировки клеток, ни клеточные движения во время развития сердца».

Чтобы глубже изучить этот процесс, Иванович и его команда, включая техника CNIC Сусаны Теминьо, разработали метод живой визуализации целого эмбриона на основе двухфотонной микроскопии, позволяющий отслеживать ткани на клеточном уровне. Используя различные генетические инструменты трассировки, они пометили клетки-предшественники и дифференцированные клетки и отслеживали их в 3D с течением времени. Затем они совместили эти изображения с 3D-реконструкциями сердечной трубки на нескольких стадиях развития.

«Наши изображения показали три различные фазы формирования сердечной трубки», — объясняет Иванович. — «В начальной фазе клетки FHF быстро дифференцируются, образуя сердечный полумесяц, при этом морфогенез ограничен. На втором этапе событий дифференцировки не происходит, но обширный морфогенез приводит к формированию полноценной сердечной трубки. В третьей, заключительной фазе, дифференцировка кардиомиоцитов возобновляется и вносит вклад в известные SHF-производные области сердца. Этот строго регулируемый график позволяет молодому сердцу начать работать по мере потребностей эмбриона, одновременно строя сложную архитектуру окончательного, дефинитивного органа».

Эти результаты подчеркивают важнейшую роль, которую клетки FHF и SHF играют в эмбриональном развитии сердца, и раскрывают координацию на тканевом уровне между чередующимися фазами дифференцировки и морфогенеза во время формирования сердечной трубки.

Старший автор Мигель Торрес, руководитель группы в CNIC, заявляет: «В будущем мы надеемся, что развитие этой работы поможет раскрыть новые механизмы органогенеза. Это будет иметь важное значение для лучшего понимания как нормального развития сердца, так и происхождения аномалий у новорожденных».