Новый взгляд на развитие эмбрионов: метод визуализации позволяет увидеть, как клетки формируют ранние структуры спинного мозга

Новое исследование под руководством Шона Мегасона, доцента системной биологии Гарвардской медицинской школы, опровергает классическую модель формирования нервной трубки у эмбрионов.

Опровержение «модели французского флага»

Десятилетиями в учебниках описывалась «модель французского флага». Согласно ей, судьба клетки (например, стать мотонейроном) определяется её положением в градиенте концентрации морфогена (сигнального вещества, такого как sonic hedgehog). Высокая концентрация диктует один тип клеток, низкая — другой.

Наблюдение за движением клеток в реальном времени

Мегасон и его коллеги, включая первого автора статьи Фэнчжу Сюна, разработали новый метод визуализации и анализа данных. Они снимали на видео развитие эмбрионов рыбки данио, у которых каждая клетка была помечена и отслеживаема. Когда эмбрион достигал ключевой стадии, клетки начинали экспрессировать флуоресцентные метки, указывающие на их тип.

Ключевое открытие: клетки сначала определяют судьбу, а потом занимают место

Просматривая запись в обратном порядке, учёные обнаружили, что клетки, образующие в итоге чёткие полосы («полосы флага»), изначально были хаотично перемешаны. Это противоречит учебной модели, согласно которой клетки должны оставаться на месте, чтобы получить «приказ» от морфогена. Вместо этого исследователи наблюдали, как в ответ на сигнал морфогена сначала формируются размытые полосы. Со временем клетки самоорганизуются в чёткие структуры. Это указывает на то, что сначала фиксируется идентичность клетки, и уже она определяет её конечное местоположение.

Возможный механизм и значение

Учёные предполагают, что, определив свою судьбу, клетки включают разные молекулы адгезии (клейкости), что заставляет их «сортироваться» и прилипать к себе подобным. Это открытие объясняет, как эмбрионы способны формировать одинаковые сложные структуры, несмотря на широкий спектр возможных генетических и средовых вариаций. Эмбрионы, по-видимому, эволюционно предназначены для достижения одного результата разными путями.

Исследование опубликовано 25 апреля в журнале Cell.