Эмбрионы данио-рерио раскрывают ключевые механизмы развития сердечного ритма на протяжении жизни

от

Сердцебиение — синоним жизни. Это одна из первых основных функций, которая начинает работать в процессе развития и прекращается со смертью.

«Сердце — один из первых органов, который формируется и начинает функционировать в процессе развития», — объясняет Рашми Прия, руководитель лаборатории морфодинамики органов Института Фрэнсиса Крика. «По мере роста эмбриона сердце продолжает развиваться, превращаясь из простой трубчатой структуры в сложный трёхмерный насос».

В новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале [Developmental Cell](https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(25)00468-X), учёные из лаборатории Прии изучили конкретный этап этого развития — рост мышечных выступов, называемых трабекулами.

Тоби Эндрюс, руководитель исследования и научный сотрудник лаборатории, описывает: «На раннем этапе развития внутренняя поверхность сердца формирует сложную сеть трабекул. Эти структуры должны формироваться в нужном количестве, чтобы обеспечить правильную работу сердца. Дефекты в формировании трабекул связаны с несколькими сердечными заболеваниями, называемыми кардиомиопатиями».

Их работа показала, что формирование трабекул обусловлено обратной связью между сердцебиением и изменениями формы клеток.

Чтобы увидеть развитие сердца в реальном времени, команда обратилась к водному центру Института Фрэнсиса Крика, где содержатся данио-рерио, которых используют для изучения раннего развития.

«Сердца данио-рерио очень похожи на наши по строению и функциям, но их небольшой размер и прозрачность позволяют нам использовать живую визуализацию, чтобы наблюдать за процессами развития в реальном времени, когда сердце бьётся внутри эмбриона — в данном случае, как движения и изменения формы отдельных клеток формируют функциональный орган», — объясняет Эндрюс.

Используя мощные микроскопы и генетические инструменты, они обнаружили, что трабекулярные выступы растут не за счёт деления клеток, как считалось ранее, а за счёт перемещения и перестановки уже имеющихся клеток.

Они также выяснили, что сердце растёт за счёт растяжения существующих клеток, почти удваивая свой размер, что позволяет сердцу увеличить свой объём на 90% и максимально заполнить его кровью.

Используя вычислительные модели, команда обнаружила систему обратной связи, в которой сердцебиение и химические сигналы работают вместе, чтобы контролировать плотность этих трабекулярных выступов, обеспечивая правильное развитие сердца.

По мере развития трабекул и более сильного сокращения сердца это инициирует механический сигнал, который делает клетки «мягче», позволяя им растягиваться и увеличивать свой размер. Эта система обратной связи задаёт здоровый темп роста, потому что по мере растяжения сердечных клеток они теряют свою способность рекрутироваться, стабилизируя рост трабекул.

Прия описывает эту систему как «самоорганизующуюся и интеллектуальную», где сердце регулирует своё развитие в нужное время, чтобы соответствовать физиологическим потребностям организма.

«Структура сердца не перестаёт меняться при рождении и продолжает перестраиваться на протяжении всей жизни», — добавляет Эндрюс. «Наши сердца адаптируют свою форму и функции к различным физиологическим нагрузкам, и лучшее понимание биологии, лежащей в основе этой гибкости, может стать основой для будущих методов лечения сердечных заболеваний».

Прия объясняет: «Несмотря на то, что мы далеко продвинулись в понимании молекулярных путей, лежащих в основе кардиомиопатий, у нас всё ещё нет чёткой картины того, как формируются трабекулы и как нарушения в архитектуре трабекул влияют на работу сердца. Вот почему так важно раскрыть основные программы развития, которые формируют эти выступы, чтобы сердце могло функционировать и поддерживать жизнь».

Предоставлено Институтом Фрэнсиса Крика.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте