Математическая модель объясняет формирование позвоночника и ребер

На ранней стадии эмбрионального развития позвоночных формируются сомиты — примитивные сегменты, из которых развиваются позвоночник, ребра, мышцы спины, хрящи, сухожилия и часть кожи. Было известно, что механические силы играют роль в развитии сомитов, но их точный механизм оставался неизвестным. Профессор математической биологии Роэланд Меркс и исследователи из Амстердамского UMC нашли объяснение. Их результаты опубликованы в междисциплинарном журнале открытого доступа iScience (Cell Press).

Выталкивание наружу

Меркс сотрудничал с профессором трансляционной регенеративной медицины Тео Смитом и его командой из Амстердамского UMC. Исследователи использовали новую экспериментальную технику на сомитах из куриных яиц через 24 часа после оплодотворения. В это время сомиты формируются, но органы (например, сердце) еще не развиты. Чтобы изучить роль механических сил, исследователи подвергли сомиты дополнительному растяжению. Хотя формирование сомитов продолжалось как обычно, уже сформированные сомиты разделялись на две или более части.

Математическая модель Меркса объяснила это явление. Меркс говорит: «Сомит — это своего рода везикула с прочными эпителиальными клетками снаружи и так называемыми мезенхимальными клетками в ядре, которые более подвижны. Наша математическая модель показала, что при растяжении сомита подвижные мезенхимальные клетки из ядра выталкиваются в слой прочных эпителиальных клеток. Затем клетки включаются в этот внешний слой, и происходит разделение сомита. Так образуются два сомита».

Обратный процесс при метастазировании

Команда из Амстердамского UMC проверила, верна ли математическая модель. Они подсчитали количество мезенхимальных и эпителиальных клеток до и после растяжения. Исследователи смогли сделать вывод, что при растяжении подвижные мезенхимальные клетки из ядра сомита действительно поглощались прочной эпителиальной тканью снаружи, точно как предсказывала модель.

Тот же процесс происходит и в обратном направлении, когда клетки отделяются от эпителиальной ткани. Этот процесс является ключевым этапом в метастазировании рака. Другие исследования, в которых Меркс и соавторы не участвовали, недавно показали, что механические силы также играют в этом роль. Помимо углубления понимания эмбрионального развития и роли механического растяжения, это исследование может дать направления для дальнейшего изучения роли механического растяжения в метастазировании рака.