Ученые выяснили, как силы трения управляют развитием морского организма
Как гончар использует трение рук о мягкую глину на вращающемся круге для придания ей формы, так и ооциты (незрелые яйцеклетки) асцидий используют трение внутри своих клеточных компартментов для запуска изменений после оплодотворения. Исследование группы Хайзенберга из Института науки и технологий Австрии (ISTA), опубликованное в Nature Physics, описывает этот механизм.
Асцидии, или морские бочонки, — самые близкие беспозвоночные родственники человека, особенно на стадии личинки. Поэтому их часто используют как модельные организмы для изучения раннего эмбрионального развития позвоночных.
«Асцидии сочетают базовые черты развития позвоночных с клеточной и геномной простотой беспозвоночных. Их личинка — идеальная модель для понимания раннего развития позвоночных», — объясняет профессор Карл-Филипп Хайзенберг.
Новая работа его группы показывает, что при оплодотворении ооцитов асцидий силы трения играют ключевую роль в перестройке их внутренней структуры, запуская дальнейшие этапы развития.
Расшифровка трансформации ооцита
После оплодотворения ооциты животных проходят цитоплазматическую реорганизацию. У асцидий это приводит к формированию «колоколообразного» выпячивания — полюса сокращения (contraction pole, CP), где собираются материалы, необходимые для созревания эмбриона. Механизм этого процесса был неизвестен.
Ученые импортировали взрослых асцидий из морской станции в Роскофе (Франция). В лаборатории их содержали в соленой воде для получения яйцеклеток и спермы.
«Мы микроскопически анализировали оплодотворенные ооциты и увидели, что изменения их формы, ведущие к формированию полюса сокращения, очень воспроизводимы», — говорит первый автор исследования Сильвия Кабальеро-Мансебо.
Первое внимание ученые уделили актомиозиновому кортексу — динамической структуре под мембраной клетки, состоящей из актиновых филаментов и моторных белков. Обычно он управляет изменениями формы клеток.
«Мы обнаружили, что при оплодотворении напряжение в актомиозиновом кортексе возрастает, заставляя его сокращаться и течь. Это вызывает начальные изменения формы клетки», — поясняет Кабальеро-Мансебо.
Однако течение актомиозина прекращалось во время расширения полюса сокращения, что указывало на участие других компонентов.
Влияние сил трения на изменение формы клетки
Ученые исследовали другие клеточные компоненты и обнаружили роль миоплазмы — слоя из внутриклеточных органелл и молекул в нижней части яйцеклетки асцидии. Подобные структуры есть у многих яйцеклеток позвоночных и беспозвоночных.
«Этот слой ведет себя как упругое твердое тело — он меняет форму вместе с ооцитом при оплодотворении», — объясняет Кабальеро-Мансебо.
Во время течения актомиозинового кортекса между ним и миоплазмой возникают силы трения. Миоплазма складывается и образует множество складок. Когда движение актомиозина останавливается, силы трения исчезают.
«Это прекращение в итоге приводит к расширению полюса сокращения, так как многочисленные складки миоплазмы расправляются, формируя четкое колоколообразное выпячивание», — добавляет Кабальеро-Мансебо.
Исследование дает новое понимание того, как механические силы определяют форму клеток и организмов. Оно показывает, что силы трения играют ключевую роль в формировании развивающегося организма. Однако ученые только в начале пути понимания конкретной роли трения в эмбриональном развитии.
«Миоплазма также очень интересна, поскольку участвует и в других эмбриональных процессах асцидий. Изучение ее необычных материальных свойств и понимание их роли в формировании морских бочонков будет крайне интересным», — заключает Хайзенберг.