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.