Как клетки эмбриона синхронизируются

Исследователи из FMI разработали математическую модель, объясняющую механизм спонтанной синхронизации клеток в развивающемся эмбрионе мыши.

Загадка синхронных генов

При развитии эмбриона мыши клетки, формирующие позвоночник и мышцы, периодически и синхронно включают и выключают определённые гены. Однако механизм этой синхронизации оставался неясным. Существующая модель не объясняла, какой информацией обмениваются клетки и как её используют.

Новый механизм коммуникации

Учёные под руководством Charisios Tsiairis обнаружили, что синхронизация происходит не за счёт ускорения или замедления циклов экспрессии генов, а иначе. Одна клетка посылает молекулярный сигнал, который «приказывает» соседней клетке приостановить свой цикл до тех пор, пока сигнализирующая клетка не достигнет той же стадии. После этого клетки начинают активировать гены синхронно.

Молекулярный «радиопередатчик»

Ключевым сигналом является белок Notch — консервативный трансмембранный белок, регулирующий многие процессы. Notch передаёт сигнал от одной клетки к соседней, взаимодействуя с белком Delta на поверхности клетки-соседа.

«Клетки, имеющие Delta, только отправляют информацию, а те, у которых есть Notch, только принимают её. Это как два человека с рацией: когда один отправляет сообщение, другой может его получить, но не может одновременно отвечать», — поясняет Tsiairis.

От модели к эксперименту

Математическую модель разработал Gregory Roth (FMI). Её предсказания были экспериментально подтверждены Georgios Misailidis на тканях эмбрионов мыши. Результаты опубликованы в Developmental Cell.

«Наша модель говорит, что для синхронизации клеток нужно управлять импульсами сигналинга Notch», — отмечает Tsiairis.

Значение открытия

Это открытие не только помогает понять и, возможно, управлять синхронизацией клеток в эмбрионах, но и даёт фундаментальные подсказки о том, как синхронизируются другие биологические системы, например, нейронные сети. Это открывает новые возможности для исследований и медицины.