Вариативность внутри и снаружи: как разные типы клеток координируют перестройку мышц во время метаморфоза плодовой мухи

от

Все живые существа, большие и маленькие, состоят из множества разных клеток. Чтобы организм был готов к любым испытаниям, клетки должны быть динамичными. Часто это означает, что одни и те же типы клеток — например, эритроциты — выглядят и функционируют по-разному, чтобы работать вместе в массе.

Исследователи знают, что такие разнообразные, или микрогетерогенные, клетки существуют в различных системах организма, но польза от гетерогенности для функционирования систем пока неизвестна.

Однако в исследовании, опубликованном в [PLOS Computational Biology](https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1013331), учёные из университетов Осаки, Токио, Тохоку и Будущего университета Хакодате показали, что командная работа делает мечту реальностью даже на клеточном уровне. Статья называется «Динамика двойного назначения возникает из гетерогенной популяции клеток при метаморфозе Drosophila».

Основные выводы

Исследование показало, что несколько разных типов клеток работают вместе, чтобы внести большие изменения в телах плодовых мух — распространённого модельного организма, используемого для исследований.

Плодовые мухи претерпевают значительные изменения в структуре тела на протяжении всей жизни, от личинок до взрослых особей. На критическом этапе куколки клетки сотрудничают, чтобы разрушить мышцы личинок и разбросать фрагменты по ткани.

Двумя основными участниками разрушения мышц являются сарколиты — фрагменты мышц, и гемоциты — иммунные клетки, которые поглощают эти фрагменты, — говорит старший автор, доктор Дайки Умецу из Университета Осаки.

Однако было неясно, как взаимодействие между этими разными типами клеток, а также вариативность внутри каждого типа влияют на перестройку мышц во время развития плодовой мухи.

Методы исследования

Чтобы решить эту задачу, исследователи использовали сложный подход микроскопии в реальном времени для отслеживания движения гетерогенных клеток в мышцах куколок плодовых мух. Тем временем вычислительная модель сарколитов, гемоцитов и третьего типа — клеток жирового тела — оценивала факторы, влияющие на перестройку мышц.

Сочетание биологических и вычислительных методов предоставило исследователям возможность визуализировать этот процесс.

«Результаты были очень интригующими, — объясняет Умецу. — Мы обнаружили, что сарколиты сначала двигались быстро, затем замедлялись и принимали более упорядоченное расположение, в то время как клетки жирового тела, по-видимому, помогали обеспечить структуру и расстояние между расположением сарколитов».

Интересно, что гемоциты, которые переносят сарколиты, значительно различались по скорости движения и количеству поворотов. Компьютерная модель показала, что присутствие всех трёх типов клеток было необходимо для правильной перестройки сарколитов, а сочетание блуждающих гемоцитов и тех, что двигались по прямой, усиливало стабильность нового расположения.

«Наши выводы предполагают, что гетерогенность как внутри, так и между типами клеток имеет решающее значение для достижения двух разных целей в развитии мышц плодовой мухи: быстрого перераспределения сарколитов и точного размещения этих клеток в новом структурном порядке», — говорит ведущий автор, доктор Дайки Вакита из Университета Токио.

Применение результатов

Возможность визуализировать несколько различных типов клеток и их поведение во время разрушения мышц в куколках плодовых мух может быть полезна и для неживых существ. Полученные результаты потенциально могут быть применены в робототехнике.

«Вывод исследования предполагает, что гетерогенные роевые роботы могут быть более эффективными в многозадачности, которая больше соответствует задачам реального мира, чем группы роботов с одинаковыми характеристиками», — говорит старший автор, доктор Такеши Кано из Будущего университета Хакодате.

Предоставлено [Университетом Осаки](https://phys.org/partners/university-of-osaka/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте