Клеточное «перетягивание каната» создает основу для центральной нервной системы эмбриона

У развивающихся позвоночных головной и спинной мозг происходят из эмбриональной структуры — нервной трубки. Она формируется из плоской «нервной пластинки», которая затем изгибается и смыкается в трубчатую структуру. Проведя масштабную серию экспериментов на эмбрионах цыплят, Масатоси Такэичи и его команда из Центра биологии развития RIKEN в Кобе раскрыли механизм этого процесса смыкания.

Нервная пластинка состоит из эпителиальных клеток с четко определенными «верхней» (апикальной) и «нижней» (базальной) поверхностями. На апикальной поверхности клетки соединены структурами — адгезивными контактами, которые связаны с сетью актомиозиновых белковых волокон. «Известно, что сокращение этих актомиозиновых волокон вызывает изгиб эпителиальных пластов в апикальном направлении за счет сужения их апикальных поверхностей, — говорит Такэичи. — Нас заинтересовало, как этот механизм участвует в формировании нервной трубки».

Начальный изгиб нервной пластинки наиболее выражен в средней части будущего головного и спинного мозга. В этой области эмбриона Такэичи и коллеги обнаружили, что клетки нервной пластинки образуют поляризованные «цепи» актомиозиновых волокон, простирающиеся через несколько клеток перпендикулярно оси голова–хвост эмбриона. При начале смыкания клетки активно перестраиваются в процессе «конвергентного удлинения». Клетки пластинки сжимаются внутрь, выталкивая соседние клетки вперед и назад, что приводит к продольному удлинению развивающейся нервной трубки.

Исследователи установили, что белок Celsr1 помогает направлять это конвергентное удлинение. Затем они идентифицировали сеть белков, действующих ниже по сигнальному пути от Celsr1. Вместе эти белки формируют сигнальный каскад, который индуцирует сокращение длинных актомиозиновых волокон, связывающих эпителиальные клетки нервной пластинки. При сокращении волокон апикальные поверхности клеток стягиваются к средней линии пластинки, и это устойчивое сужение апикальной поверхности в итоге приводит к изгибу пластинки.

Эти результаты объясняют критический этап развития нервной системы и могут помочь понять истоки состояний, возникающих из-за дефектов развития нервной трубки, таких как расщепление позвоночника (spina bifida). «У мышей с мутациями в этих генах наблюдаются дефекты закрытия нервной трубки, — говорит Такэичи, — и нарушения в любом из идентифицированных здесь генов или молекул могут вызывать врожденные дефекты [у человека]».