Учёные раскрыли систему регуляции ветвления в лёгочной эпителиальной ткани
Ветвящиеся структуры широко распространены в природе и теле человека, например, в лёгких и почках. Известно, что определённые гены, экспрессирующие белки-факторы роста, влияют на развитие сложных разветвлений в лёгких, однако механизмы этого явления оставались неясными.
Исследователи из Университета Киото обнаружили регуляторную систему, связывающую сигнал, силу и форму в процессе развития структуры лёгких мыши. Команда установила, что сигнальный белок ERK играет активную роль в искривлении растущей лёгочной ткани. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.
«ERK сигнализирует клеточной ткани растягиваться наружу, чтобы сгладить кривизну», — поясняет Цуёси Хирашима, ранее работавший в Высшей школе биологических исследований Университета Киото, а ныне — в Институте механобиологии Национального университета Сингапура.
Смесь химических сигналов, словно по хореографии, запускает клеточную механику в лёгких эмбриона мыши, приводя к формированию сложных ветвящихся паттернов.
Механобиология, фокусирующаяся на силах, генерируемых клетками и тканями, внутриклеточной сигнализации и их взаимодействии с геометрическими факторами, влияющими на морфогенез, в последние годы привлекает всё больше внимания.
«Удивительно точный ответ сигнальной активности ERK на кривизну лёгочной ткани был показательным. Это говорит о более тонкой и элегантной регуляции развития, чем считалось ранее», — отметил Хирашима.
Используя передовые методы микроскопической визуализации, команда Хирашимы в реальном времени наблюдала за поведением ERK в развивающихся лёгких. Для этого они совместили флуоресцентный биосенсор (для количественной оценки активности ERK в живых клетках) с двухфотонной микроскопией, которая позволяет фиксировать активность клеток и молекул ткани в 3D.
Результаты показали, что ERK опосредует восприятие кривизны и генерацию силы в эпителиальных клетках, создавая петлю отрицательной обратной связи и повторяющийся паттерн ветвления.
«Нас особенно интересует, как нарушения в этой системе "сигнал–сила–форма" могут способствовать физиологическим аномалиям или заболеваниям», — говорит Хирашима.
Эти идеи могут быть применимы к процессам развития других органов и формированию лёгких мыши, что требует дальнейшего изучения фундаментальных принципов.
«В конечном счёте, наши открытия дают более глубокое понимание новых принципов биологических регуляторных систем с перспективным применением в регенеративной медицине и исследованиях органоидов», — заключает Хирашима.