Движение в утробе активирует гены для формирования здорового скелета

Зоологи и биоинженеры из Тринити-колледжа в Дублине выявили более 1000 генов, активность которых значительно меняется, когда эмбрионы не могут свободно двигаться в утробе. Это открытие поможет лучше понять, как важные ткани запрограммированы на развитие, что, в свою очередь, может подсказать, как подготовить стволовые клетки для тканевой инженерии и регенеративной терапии.

Исследование, проведенное в Школе естественных наук и Центре биоинженерии Тринити, изучает, как движение эмбриона влияет на развитие костей и суставов. Оно также углубляет понимание последствий ограничения движения и показывает, как можно направлять желаемую дифференцировку костной и хрящевой ткани из стволовых клеток.

«Почему дети так много двигаются в утробе, особенно сгибая руки и ноги? Мы знаем, что если они двигаются недостаточно, они рождаются с проблемами скелета, такими как тонкие, хрупкие кости», — говорит ведущий автор исследования, биолог-эмбриолог и доцент зоологии Паула Мёрфи.

Для формирования нормального скелета необходимы строго регулируемые сигнальные системы, следующие сложным «рецептам» генетической экспрессии. Механические сигналы также являются частью этих систем, и именно движение эмбриона их запускает.

Изучая движение и развитие животных, исследователи определили, какие этапы формирования скелета требуют стимуляции движением. Кроме того, анализируя паттерны всех генов в геноме, они показали, какие конкретные гены и молекулы активируются движением.

О том, как механические сигналы интегрируются в биохимические сигнальные пути, известно очень мало. Однако это может скоро измениться, поскольку исследователи сосредоточились на более чем 1000 генах, активность которых изменилась у эмбрионов мышей, лишенных мышц и, следовательно, не способных «пинаться» во время развития.

Исследование, опубликованное в ведущем журнале BMC Genomics (первый автор — научный сотрудник Тринити Ребекка Рольф), выявило ряд генов, которые, как уже известно, кодируют регуляторные молекулы, направляющие развитие эмбриона. Также были выделены гены, участвующие в контроле изменения формы клеток и в обеспечении межклеточной коммуникации. В частности, исследование подчеркнуло роль пути «Wnt», который передает сигналы снаружи внутрь определенных клеток, как потенциальной точки интеграции механической и молекулярной сигнализации.

«Если мы лучше поймем задействованные сигнальные процессы, мы сможем направлять развитие стабильных костных и хрящевых тканей для регенеративной терапии. Сейчас мы работаем над тем, чтобы заполнить пробелы в знаниях о комбинациях механических и молекулярных сигналов, необходимых для направленной дифференцировки стволовых клеток с этой целью», — добавила доцент Мёрфи.