Развивающиеся клетки выполняют синхронное плавание внутри эмбриона

Первые этапы жизни внутри крошечного развивающегося эмбриона завораживают. Каждое движение и биохимическая реакция выполняются с высокой упорядоченной точностью примерно в 95% случаев, что приводит к развитию здорового организма.

Когда что-то идет не так (в остальных 5% случаев), это может повлиять на развитие в более поздней жизни, вызывая такие заболевания, как мышечная дистрофия и родственные ей расстройства у людей.

Ученые из Медицинской школы Университета Дьюка приблизились к пониманию того, как эти решающие ранние стадии жизни выполняются так безупречно, наблюдая за развитием эмбриона плодовой мушки (Drosophila melanogaster).

В отличие от эмбриона человека, где одна клетка размножается путем повторных делений, ранний эмбрион плодовой мушки начинается как яйцо в форме мяча для регби, содержащее одно ядро, которое делится на тысячи ядер, остающихся в пределах одной клетки.

Стефано Ди Талия, PhD, доцент кафедры клеточной биологии, и аспирантка Виктория Денеке обнаружили, что осцилляции биохимической активности начинаются вокруг клеточных ядер. Эти колебания создают потоки, которые распределяют ядра в определенную структуру, поддерживающую их синхронизацию и позволяющую им пройти одинаковое количество делений. Ранее не было известно, где происходят эти колебания и играют ли они роль в контроле движений внутри эмбриона. Результаты опубликованы в журнале Cell 2 мая.

«Что действительно делает эту работу особенной, так это наша способность собрать воедино все существующие идеи и создать модель для решения проблемы», — сказал Ди Талия. «Используя разработанную нами сложную вычислительную модель, мы можем точно определить, какова биохимия и как она взаимодействует с клеточной механикой».

Используя вычислительную модель, разработанную при участии соавтора Альберто Пульяфито из Туринского университета, ученые смогли определить, что если процесс позиционирования ядер происходит неправильно, это приведет к нарушению синхронности клеточного деления и генетическим дефектам.

«Это происходит так точно, потому что существует эволюционное давление для контроля этого процесса, чтобы развитие могло протекать правильно», — сказал Ди Талия.

Хотя эмбрионы плодовой мушки развиваются иначе, чем человеческие, это исследование все же может пролить свет на изучение развития и регенерации у человека.

«В широком смысле между всеми животными существует много общего», — сказала Денеке, первый автор статьи. «Сначала мы все должны увеличить количество клеток, а затем определить их в разные типы клеток. И то, как координируется этот процесс, — это, по сути, то, что мы пытаемся изучить. Наше исследование раскрывает общие принципы, которые могут быть применены к более сложным тканям».