Высокорискованный клеточный процесс критичен для развития тонкого кишечника

Более 40% нашего тонкого кишечника развивается ещё до рождения. Во взрослом возрасте этот орган более чем в три раза превышает длину нашего тела.

Но проблемы с этим процессом в утробе могут привести к редкому, но смертельному состоянию — врождённому синдрому короткой кишки, вызывающему обезвоживание, недоедание и потерю веса в младенчестве.

Новое исследование, изучавшее рост развивающегося кишечника у мышей, выявило удивительную последовательность клеточных событий, подобную смертельно опасному цирковому выступлению на высоте, необходимую для достижения органом правильной длины. Отсутствие координации может иметь серьёзные последствия.

Ша Ван, Ph.D., и её коллеги из Michigan Medicine смогли наблюдать эту сложную хореографию в реальном времени в клетках кишечника мышей.

Развивающийся ранний тонкий кишечник (средняя кишка) начинается как гладкая трубка, которая быстро растёт. Под микроскопом тонкий слой клеток, выстилающих трубку — эпителиальные клетки — кажется уложенным слоями.

Ранее учёные полагали, что трубка удлиняется за счёт движения клеток из этих видимых слоёв в один непрерывный слой.

«Если задуматься, если бы средняя кишка удлинялась за счёт сближения клеток, она бы пожертвовала толщиной (стала тоньше). Но трубка становится шире», — говорит Ван, научный сотрудник кафедры клеточной биологии и биологии развития Мичиганского университета.

Вместо этого она, клеточный биолог U-M Деб Гумучо, Ph.D., и их команда смогли показать, что это удлинение, вероятно, обеспечивается быстрым клеточным делением. Результаты опубликованы в Developmental Cell.

Высокорискованный процесс

Команда обнаружила, что во время первой фазы развития средней кишки клетки очень высокие и тонкие. Ядро каждой клетки постоянно движется внутри эпителиального слоя от основания (базальной поверхности) к вершине (апикальной поверхности). Иными словами, подобно воздушному гимнасту, поднимающемуся на свою стартовую платформу.

«Движение связано с клеточным делением, — говорит Ван. — Как только ядро оказывается наверху, клетка подвергается митозу и делится на две новые клетки».

То, что происходит дальше, критически важно. Два новых дочерних ядра должны вернуться в базальный слой, чтобы снова войти в клеточный цикл.

Для одной дочерней клетки этот шаг прост: её ядро просто следует вниз по длинному тонкому «канату», называемому базальным отростком.

Другой клетке приходится труднее: она должна вытянуть рукоподобный вырост, называемый филоподием, в правильном направлении, прежде чем её ядро сможет последовать по этому пути обратно к базальной поверхности.

Разделяй и властвуй

При ближайшем рассмотрении базального отростка Ван заметила, что этот тонкий «канат» часто сам делится на две нити — одну длинную, прикреплённую к основанию, и одну короткую, которая втягивается и исчезает.

Ван предполагает, что реабсорбированная нить может играть роль в разделе цитоплазмы, составляющей большую часть тела каждой новой дочерней клетки.

«Самое интересное, что клетки сохраняют один базальный отросток, который достаётся одной дочерней клетке, — говорит она. — Другой клетке необходимо найти соединение обратно с базальной стороной. Даже в случаях, когда сохраняются оба базальных отростка, всё равно только одна дочерняя клетка их сохраняет».

Ван выдвигает гипотезу, что это делается целенаправленно, чтобы дать одной клетке больше гибкости в выборе места «приземления», — но эта клетка также сталкивается с большим риском.

Определение верха и низа для непривязанной клетки, как и для непривязанного акробата, — вопрос жизни и смерти.

Как клетки находят путь

Команда предположила, что существует некий направляющий сигнал, помогающий вновь образованным клеткам понять, в каком направлении вытягивать филоподий.

Они остановились на белке WNT5A, который, как известно, помогает нервным клеткам выращивать похожие выросты — аксоны. Этот белок посылает сигнал от ткани, к которому новая непривязанная клетка будет тянуться, чтобы вернуться в базальный слой.

Когда Ван удалила WNT5A, клетки не смогли сориентироваться в правильном направлении и погибли.

И это нарушение связи может иметь серьёзные последствия.

«Согласно нашей модели, даже гибель всего 10% клеток в средней кишке может привести к укорочению длины», — говорит Ван.