Гідравлічні сили, що розривають міжклітинні контакти, допомагають зародковим клітинам перегрупуватися і перейти на наступний етап розвитку.
Після запліднення отриманий зародок починає швидко ділитися, перетворюючись на кулю з клітин. Але куля з клітин - це тільки початок: якщо ми візьмемо зародок ссавців, то побачимо, як у зародку виникає порожнина, заповнена рідиною, а клітини групуються на одному з його полюсів (це не рахуючи тих, які складають стінку зародка). Згодом ті клітини, які складають стінку бульбашка-зародка (вони називаються трофобластом), допомагають йому імплантуватися в стінку матки і сформувати плаценту.
Сам зародок далі буде розвиватися з внутрішньої клітинної маси - тих клітин, які згрупувалися на одному з полюсів. Перетворюючись з суцільної клітинної кулі на бульбашку, зародок змінює симетрію, і якщо раніше він був радіально-симетричний, то тепер у нього з'являється вісь двосторонньої симетрії. І досі було не зовсім ясно, як виходить порожнина і як клітини перегруповуються при зміні симетрії.
Дослідники з французького Національного центру наукових досліджень розглянули за допомогою мікроскопа, що відбувається в зародку миші на ранніх етапах розвитку. Вони побачили, як між клітинами з'являються крихітні бульбашки-тріщини: мембрани клітин у різних місцях розривали міжклітинні контакти. Клітини тримаються один за одного за допомогою різних білків, і один з найважливіших - це так званий Е-кадгерін. Працюючи клітинною «скріпкою», кадгерин не просто утримує клітини разом, від нього також залежить ділення і передача сигналів між клітинами. Коли між зародковими клітинами з'являються мікророзриви, молекули кадгерину перегруповуються на клітинній мембрані, а значить, змінюється структура контактів, які є у клітини і які вона могла б сформувати.
Але і самі мікророзриви змінюються, деякі з'їжуються і закриваються назад, а деякі набухають і зливаються з іншими, утворюючи все більш великі бульбашки між клітинними мембранами. Це можна порівняти з тим, як збігаються разом краплі олії (у статті в Science автори пишуть, що те, що відбувається в зародку, подібно до переконденсації в рідких і твердих золях). Поведінка мікророзривів залежить від властивостей навколишніх клітин, від того, наскільки вони здатні стискатися і скорочуватися. В результаті об'єднання мікропузирків виходить той найбільший міхур, про який ми говорили на початку і який називається бластоцель.
Але звідки беруться самі мікротріщини? Це не що інше, як гідравлічні розриви: у міжклітинний контакт нагнітається рідина, і контакт рветься. Рідина приходить не з клітин, а з середовища навколо зародка, а приходить вона через осмотичний градієнт, тобто через різницю в концентраціях речовин у зародку і поза ним.
Рідина надходить у зародок, але його клітини зберігають постійний об'єм, незважаючи ні на що, і тому рідина спрямовується в міжклітинний простір. Це дуже схоже на фрекінг, або гідравлічний розрив пласта (один із способів видобутку нафти і газу, коли в породу з корисними копалинами під тиском закачується спеціальна субстанція, що створює тріщину, в яку зібратися нафта або газ), і цілком можна сказати, що розвиток ембріона ссавців на якомусь етапі відбувається за допомогою гідравлічного розриву. Оскільки гідравлічні сили, як ми сказали, залежать від концентрації розчинених речовин, автори роботи відключали у зародка молекулярні механізми, які транспортували різні речовини в зародок і всередині зародкових клітин. З відключеними системами транспорту різність концентрацій вже не забезпечувала приплив рідини, і ніяких мікротріщин не формувалося.
Хоча експерименти ставили з ембріонами мишей, швидше за все, такий же гідравлічний розрив відбувається і в людському ембріоні. І оскільки від цього залежить подальший розвиток зародку, можна припустити, що якщо «ембріональний фрекінг» піде не так, то ембріон буде розвиватися з аномаліями - але якщо ми будемо більше знати про «ембріональний фрекінг», то зможемо таким аномаліям запобігати.
За матеріалами Phys.org.