Ритмічні стиснення та розтягнення допомагають стовбуровим клітинам ембріона правильно сформувати клапан між камерами серця.
Половину Нобелівської премії з медицини та фізіології цього року дали за відкриття рецепторів механічного тиску. У зв'язку з цим ми розповідали, яку велику роль відіграють у нашому житті механорецептори: мова не тільки про зобов'язання - вони потрібні легким, кишківнику, кровоносним судинам, імунітету і стовбуровим клітинам шкіри. Навіть розвиток ембріона залежить від механічних сил: якщо ембріональні тканини не будуть відчувати стиснення і розтягнення, деякі органи сформуються неправильно, і індивідуум з'явиться на світ з вродженими вадами.
Дослідники зі Страсбурзького університету та Імперського коледжу Лондона вивчали розвиток серцевих клапанів у зародків риби Danio rerio, або смугастий даніо. Коли серце розширюється, воно всмоктує в себе кров з підводних судин, коли стискається, кров виходить в інші судини, які відправляють її далі по тілу. При цьому важливо, щоб при розслабленні серцевого м'яза кров не поверталася назад з судин у серці, а при скороченні серцевого м'яза - щоб кров не виходила в підводні судини, звідки тільки що прийшла. Серцеві клапани якраз і забезпечують односпрямований потік крові: є клапан, який стоїть на вході в серце і який закривається при скороченні, і є клапан на виході з серця.
Але це ще не все: у серці є камери, у риб - дві, у амфібій і більшості рептилій - три, у птахів і звірів - чотири. Між камерами теж є клапани, що виконують ту ж функцію - не давати крові текти назад. Багато вад серця пов'язані з клапанами, які пропускають кров у зворотному напрямку; через це порушується кровопостачання тканин і органів, у тому числі і самого серця.
Формування клапанів у ембріона підпорядковується генетичній програмі. Але одних генів мало, потрібно, щоб клапан працював, щоб його клітини відчували механічний вплив від крові і працюючого серцевого м'яза. Дослідники спостерігали, як розвивається клапан між передсердям і шлуночком у риб'ячих зародків. У статті в Science вони пишуть, що для правильного розвитку клапана в ядрах клітин зародка повинен виявитися білок Nfatc1 - там він потрібним чином подіє на певні гени. Nfatc1 переходить в ядра, коли включається сигнальний ланцюжок, в якому беруть участь іони кальцію і один з клітинних рецепторів. А цей сигнальний ланцюжок, у свою чергу, активується під дією механічних сил. Механічна пульсація перетворюється на біоелектричний сигнал, який повідомляє стовбурові клітини, що їм робити, де ділитися сильніше, де слабше, як звичайні спеціалізовані клітини - і ось так виходить, що від механічних сил залежить форма серцевого клапану.
Швидше за все, не тільки у риб, а й у інших тварин для правильного формування серцевих клапанів потрібно щоб стовбурові клітини відчували ритмічні стиснення і розтягнення. І очевидно, що якщо в цьому сигнальному ланцюжку, який починається від механічного впливу, щось піде не так, клапан вийде з дефектом. Але подробиці тут стануть зрозуміло тільки після додаткових експериментів, які треба буде ставити не тільки на рибах, але і на ссавцях.