Механічні сили допомагають ембріону розвиватися

Відчуваючи тиск від сусідів, ембріональні клітини включають гени, що допомагають сформуватися нормальному зародку.


Довгий час вважалося, що ембріональний розвиток залежить тільки від хімічних сигналів, які клітини посилають один одному: у них то включаються, то вимикаються ті чи інші гени, з клітин виходять різні регуляторні білки, які діють на сусідів, і такі сигнали залежать тільки від концентрації регуляторних білків, швидкості їх синтезу та утилізації тощо.


Але ж клітини в ембріоні сидять досить тісно один до одного і повинні відчувати фізичний контакт. Очевидно, з тиску один на одного вони могли б зробити якісь висновки про те, як їм далі розвиватися.

Дійсно, є такий феномен під назвою механотрансдукція, коли механічна напруга перетворюється на молекулярний сигнал, і зараз вже відомо, що механотрансдукція відіграє велику роль у спілкуванні ембріональних клітин один з одним.

Однак більшість таких досліджень виконується на клітинних культурах. Катерина Пухлякова та її колеги з Віденського університету продемонстрували, що механічні сили працюють не тільки на культурі клітин, а й у повноцінному ембріоні.

Вони експериментували із зародком актинії - як і у переважної більшості багатоклітинних тварин, зародок актинії на самих ранніх стадіях розвитку являє собою порожню кульку - бластулу, в якій потім з'являється впячування, і стінки кульки стають двошаровими (як у кишечнополісних, до яких відносяться і актинії) або трислойними (як у більшості інших тварин); кулька зі слоїстими стінками називається гаструла.

При формуванні гаструли велику роль відіграє ген brachyury - він кодує білок, який багато в чому визначає формування центральної осі тіла і взагалі пристрій зародка.

При цьому сам brachyury залежить від роботи інших білків, наприклад, від скоротного білка міозину. Він працює разом з білками цитоскелета і допомагає клітинам змінювати форму, рухатися, переміщати всередині себе молекулярні вантажі тощо. Коли міозин відключали, переставав працювати і brachyury, і зародок виходив з дефектами.


Однак, як пишуть дослідники в PNAS, якщо на ембріон тиснули - тиснули в прямому сенсі - то ген brachyury включався і починав працювати. Тут велику роль грав білок бета-катенін, який, у свою чергу, може зв'язуватися одночасно з цитоскелетом і з білками, що відповідають за міжклітинний контакт.

У бета-катеніна багато функцій, він бере участь в деяких важливих сигнальних шляхах, але в даному випадку він, очевидно, якраз допомагає перетворити зовнішнє механічне напруження в сигнал, що активує зародковий ген. Можливо, що такий механізм працює і в звичайних умовах, коли не потрібно рятувати зародок від якихось мутацій (нагадаємо, що в експерименті у ембріонів не працював міозин).

Механотрансдукцію за участю бета-катеніна спостерігали і в інших тварин, включаючи дрозофіл і риб. Але актинії сильно стародавні і тих, і інших, так що можна з певною впевненістю говорити, що механічний спосіб регуляції генетичної активності з'явився ще до того, як розійшлися еволюційні шляхи актиній, хребетних і комах - тобто не пізніше 600 млн років тому.

Наостанок варто сказати, що ембріональні клітини - не єдині, чия доля залежить від механічних сил. Рік тому ми писали про те, як звичайні клітини епітелію реагують один на одного: якщо їх мало, вони діляться, якщо ж навколо все перенаселено, вони гинуть, і ключовим сигналом тут знову ж таки служить механічна напруга, правда, відчуває його інший білок під назвою Piezo1.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND