Оптогенетика управляет изменением формы тканей

Исследователи используют свет для контроля активности белков в методе оптогенетики. Учёные из группы Стефано Де Рензиса в EMBL усовершенствовали эту технику, чтобы останавливать процессы формирования органов в эмбрионах плодовой мушки. Результаты, опубликованные в EMBO Journal, позволяют контролировать ключевой этап эмбрионального развития.

Для здорового развития тканям необходимо менять форму. Например, группы клеток изменяют свою форму в процессе формирования органов. Команда Де Рензиса изучает механизмы этих переходов, используя оптогенетику для управления ими с помощью света.

Для формирования внутренних органов, таких как почки, группы клеток должны переместиться внутрь эмбриона. Во время этого процесса, называемого инвагинацией, поверхность группы клеток сокращается, заставляя ткань складываться внутрь. «Представьте эмбрион как воздушный шар, а инвагинацию ткани — как деформацию от пальцев, вдавливающих поверхность шара внутрь. Единственная разница в том, что клетки подвергаются не внешней силе, а сами генерируют силы для движения внутрь», — объясняет Де Рензис. Аномалии в этом процессе приводят к проблемам в развитии тканей и органов.

Инициация и ингибирование инвагинации

Чтобы понять движущие факторы инвагинации, группа Де Рензиса ингибирует естественный процесс. Ключевой аспект — гибкость той части поверхности ткани, которая складывается внутрь. Когда учёные используют оптогенетику для упрочнения этой поверхности, клетки не могут согнуться внутрь, и весь процесс инвагинации останавливается. «Если клеткам не позволено расслабить свои основания, они не могут эффективно сузить свои апикальные части, и инвагинация ткани прекращается. Возвращаясь к аналогии с шаром, это как если сжать его верх и низ одновременно. Внутреннее давление возрастает, и шар не может сложиться внутрь», — говорит Де Рензис. Новый метод позволяет остановить инвагинацию не только до её начала, но и в середине процесса.

Хотя учёные ранее предполагали о важности базальной (внутренней) поверхности ткани, экспериментальные методы не были достаточно совершенны, чтобы это проверить. Новый метод команды EMBL позволяет модифицировать активность белков, не повреждая клетки, и при необходимости активировать или деактивировать эти модификации. Результаты предоставляют первое доказательство давней теории, которая могла бы объяснить морфологические аномалии во время эмбрионального развития.

В сочетании с предыдущими результатами учёные теперь могут контролировать каждый этап этого важного процесса развития в эмбрионах. Хотя эксперименты проводились на эмбрионах плодовой мушки, Де Рензис ожидает, что результаты и методы применимы к другим организмам. Оптогенетика может быть использована для создания и формирования искусственных тканей или для контроля развития тканей в регенеративной медицине.