Как стволовые клетки самоорганизуются в развивающемся эмбрионе
Исследователи из Гарвардской медицинской школы и Колумбийской школы инженерии раскрыли механизм ключевого этапа раннего эмбрионального развития — формирования кишечной трубки.
Суть открытия
- Раньше считалось, что эндодерм (группа стволовых клеток) образует трубку, перемещаясь с поверхности эмбриона в его центр как отдельные клетки.
- Новое исследование с использованием live time lapse microscopy в эмбрионе цыпленка показало, что клетки движутся коллективно, en masse, не перестраиваясь относительно друг друга.
- Это коллективное движение запускается преобразованием молекулярного градиента в градиент силы.
Механизм: от молекулы к движению
- Ключевую роль играет молекулярный сигнал — фибробластный фактор роста (FGF).
- Клетки сокращаются пропорционально количеству FGF, который они воспринимают. Это создает градиент силы.
- Процесс напоминает перетягивание каната: когда одна "команда" клеток начинает "побеждать", она притягивает клетки из зоны с низкой концентрацией FGF в зону с более высокой концентрацией.
Значение исследования
- Для фундаментальной науки: Это один из немногих примеров (особенно у позвоночных) того, как молекулярные сигналы преобразуются в физические силы, формирующие органы.
- Для медицины: Нарушения в функции FGF могут приводить к порокам развития ЖКТ и, вероятно, к выкидышам в первом триместре.
- Для регенеративной медицины: Понимание принципов самоорганизации эмбриональных тканей позволит создавать функциональные органы в лаборатории, используя контролируемую доставку диффузных сигналов (как FGF).
Контекст и дальнейшие планы
Исследование, опубликованное в Nature, фокусировалось на формировании задней кишки (hindgut). Предстоит изучить, как аналогичные механизмы управляют развитием передней (foregut) и средней кишки (midgut), из которых образуются легкие, печень, поджелудочная железа и другие органы.
Нандан Неруркар, ведущий автор исследования: "Наша главная цель — понять, как мы, как сложные организмы, формируемся с такой точностью из казалось бы неорганизованного шара клеток — раннего эмбриона... Развивающийся эмбрион хранит рецепт этого, и многие исследовательские группы, включая нашу, теперь используют язык физики и механики, чтобы изучить его".