Сотрудничество проливает свет на то, как ткани растут с четко определенными структурами

Многоучрежденческое исследовательское сотрудничество продемонстрировало простую модельную систему — SYnthetic Morphogen system for Pattern Logic Exploration using 3D spheroids (SYMPLE3D), — которая объясняет, как формируются четкие границы в тканях. Результаты опубликованы в EMBO Reports.

Хотя известно, что диффузия сигнальных молекул (морфогенов) направляет рост тканей, оставалось неясным, как градиент морфогенов приводит к образованию резко очерченных доменов.

Исследователи создали SYMPLE3D для изучения взаимодействия между морфогенами и белками адгезии кадгеринами. Система использует два типа клеток:

  • Клетки-секреторы GFP, секретирующие GFP и экспрессирующие P-кадгерин.
  • Клетки-рецепторы GFP, изначально сконструированные для экспрессии синтетического рецептора synNotch, который распознает GFP и индуцирует репортер mCherry.

Ключевые результаты:

  1. При совместном культивировании клеток-секреторов и клеток-рецепторов формировался градиент GFP, но в нем присутствовали эктопически активные клетки (экспрессирующие mCherry в неверной позиции).
  2. Чтобы решить эту проблему, клетки-рецепторы GFP были дополнительно сконструированы для индукции E-кадгерина, слитого с mCherry. В результате вместо градиента сформировался равномерно активированный тканевой домен с резкой границей, устойчивой к изменениям условий роста.
  3. Наблюдения в реальном времени показали, что изначально рассеянные активированные клетки со временем агрегировали, а эктопически активные клетки постепенно поглощались этим активным доменом.
  4. Внутри активного домена распределение индуцированного E-кадгерина-mCherry было равномерно высоким, в то время как GFP распределялся градиентом.
  5. Анализ показал, что клетки, индуцирующие разный уровень E-кадгерина в ответ на GFP, вели себя одинаково. Клетки, индуцировавшие более определенного количества E-кадгерина, могли смешиваться и формировать единую популяцию.
  6. Смешение клеток с разным уровнем E-кадгерина в градиенте GFP позволило клеткам получать GFP равномерно, что привело к равномерно высокой экспрессии E-кадгерина в синтетическом тканевом домене. Простая математическая модель, основанная на движении клеток под влиянием энергии дифференциальной адгезии, подтвердила экспериментальные наблюдения.

Вывод: SYMPLE3D предоставляет новый подход синтетической биологии для изучения формирования тканевых паттернов. Полученные данные указывают на возможность программирования новых тканевых доменов с четкими границами в органоидах путем комбинации синтетических морфогенов с контролем клеточной адгезии.