Схождение путей развития: как формируются пути клеток в эмбрионе

от

Исследователи, отслеживая судьбу отдельных эмбриональных стволовых клеток, обнаружили, что клетки энтодермы — ранние эмбриональные клетки, из которых развиваются такие ткани, как кишечник и лёгкие, — возникают из множества пересекающихся путей развития. Это ставит под сомнение давние предположения о том, что клетки следуют линейным траекториям.

Когда планируешь поездку, редко у тебя нет выбора маршрута

Один может быть более прямым, другой — более живописным; но независимо от времени или маршрута, конечная точка остаётся той же. Концепцию схождения путей можно также наблюдать в биологии развития, в маршрутах, которые проходят эмбриональные клетки, чтобы стать специализированными.

Как описывает руководитель группы Крика Сильвия Сантос, «на ранних стадиях развития, во время фазы, называемой гаструляцией, эмбрион превращается из однослойной структуры в многослойную. Образуются три слоя клеток, известные как зародышевые листки, которые впоследствии станут различными тканями организма — от сосудистой системы до нервной системы».

Но как формируются зародышевые листки, было предметом разногласий среди учёных. В частности, учёные так и не определили окончательно, как клетки специализируются, чтобы стать частью энтодермы, внутреннего слоя, который формирует многие важные внутренние органы, включая кишечник, печень и лёгкие.

Представлено несколько моделей судьбы клеток

Некоторые исследователи предлагают «традиционный» прямой путь, по которому стволовые клетки направляются и постепенно ограничиваются сигнальными сигналами. Другие предложили более динамичную модель, где судьба клетки остаётся более гибкой и зависит от позиционирования в реальном времени и сигналов, означая, что клетка может достичь судьбы энтодермы через другой путь развития.

В новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале Developmental Cell, команда Сантос объединила ряд экспериментальных методов — одноклеточную транскриптомику, количественное наблюдение за живыми клетками и математическое моделирование — чтобы отследить судьбу клеток и определить, какой из этих путей является правильным.

Они обнаружили, что не существует единственного пути, и эти теории были не конкурирующими объяснениями, а дополняющими друг друга снимками человеческого развития. Они предоставили объединяющую модель для давнего спора, который примиряет конфликтующие модели спецификации мезодермы и энтодермы — в некотором смысле, все были правы.

Команда также наблюдала влияние двух важных сигнальных молекул, активина и BMP4, которые работали как вместе, так и в конкуренции, определяя, какой путь выберут клетки.

«Мы наблюдали определённые временные окна, когда клетки реагировали на эти сигналы, — объясняет Олли Инге, который руководил исследованием. — Их относительные концентрации в этот период определяли, какой путь выберут клетки, подобно тому, как спутниковая навигация определяет маршрут на основе текущих советов по движению транспорта».

Инге определил BMP4 как основной фактор, определяющий клеточную линию, поскольку его относительная концентрация по отношению к активину имела решающее значение для направления клеток к прямой специализации энтодермы или через состояние мезодермы.

Тайна остаётся в том, почему клетки могут выбирать разные пути для достижения одной и той же цели, особенно когда некоторые пути кажутся более прямыми.

«Мы думаем, что это признак того, насколько важен этап развития, — предполагает Сантос. — Неспособность дифференцироваться в зародышевые листки во время гаструляции является основной причиной потери беременности, а без правильного формирования слоя энтодермы эмбрионы не смогли бы сформировать жизненно важные внутренние органы. Таким образом, конвергенция этих клеточных линий обеспечивает надёжную основу для нашего развития».

«На самом деле, эти ранние клеточные популяции настолько важны, что возможность эффективно получать их в лаборатории считается святой grail регенеративной медицины, и это приближает нас на шаг ближе», — добавляет Инге.

«Хотя мы ответили на некоторые важные вопросы о нашем раннем развитии, мы также подчеркнули сложность решений о судьбе клеток», — добавляет Инге.

«Только объединив (транскриптомный) подход, математические и визуализирующие методы, мы смогли понять на уровне отдельной клетки, как эмбриональные клетки выбирают свою судьбу, и раскрыть ключевые чертежи раннего развития», — заключили исследователи.

Предоставлено Институтом Фрэнсиса Крика.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте