Где будет голова, а где хвост? Учёные открыли новый фактор в формировании осей тела
Формирование осей тела — критический этап эмбрионального развития. Они гарантируют, что все части тела окажутся на своих местах. Например, ось «голова–хвост» определяет ориентацию двух концов тела. Ранее считалось, что эта ось в основном определяется взаимодействием сигналов Nodal и BMP.
Однако, как обнаружили исследовательские группы под руководством Кристиана Шрётера из Института молекулярной физиологии Макса Планка в Дортмунде и Ивана Беджова из Института молекулярной биомедицины Макса Планка в Мюнстере, в этой системе, судя по всему, есть ещё один игрок. Открытие сделано с использованием разработанной учёными эмбрионоподобной модели. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
В отсутствие BMP роль антагониста Nodal берёт на себя сигнальная молекула бета-катенин. Этот новый механизм может быть гибким решением для формирования оси у эмбрионов разной формы.
Мыши похожи на чашки
У мышей ось «голова–хвост» развивается через несколько дней после оплодотворения. На этой стадии эмбрион похож на чашку, состоящую из двух слоёв клеток и толстой «крышки».
На дне чашки во внешнем клеточном слое, висцеральном энтодерме (VE), развивается новая популяция клеток — передний висцеральный энтодерм (AVE). Затем эти клетки перемещаются к краю чашки и останавливаются примерно на полпути. В этой точке из внутреннего клеточного слоя (эпибласта) развивается голова, а хвост — на противоположной стороне.
Люди — как диски
В своём исследовании учёные смогли идентифицировать ещё одного ключевого игрока в формировании оси. Для этого они разработали новую эмбрионоподобную модель, состоящую из слоя клеток эпибласта и слоя клеток VE — «чашку без крышки». Этого добились с помощью направленного и контролируемого воздействия факторов роста на эмбриональные стволовые клетки мыши.
И несмотря на отсутствие BMP-сигналинга от внезародышевой ткани, популяция клеток AVE смогла сформироваться из клеток VE — отправной точки для развития первой оси тела. Исследователи показали, что для этого необходим бета-катенин — сигнальная молекула, ранее известная только как регулятор другой оси тела в эмбриональном развитии.
«Вполне возможно, что бета-катенин также играет важную роль в развитии оси "голова–хвост" у человеческих эмбрионов. Эмбрион человека больше напоминает диск, чем чашку. Поэтому вполне вероятно, что распределение BMP у него сильно отличается от мышиного эмбриона, и в формировании первой оси тела играют роль другие механизмы», — говорит Кристиан Шрётер.
Стволовые клетки на одной волне
«Наши двухслойные эмбрионоподобные агрегаты стали ключом к успеху. Другие исследования обычно используют смесь разных линий стволовых клеток. Однако использованные нами клеточные популяции происходят всего из одной клеточной линии. Это означает, что они не только имеют идентичный генетический фон, но и используют одни и те же системы коммуникации. Можно сказать, что они находятся на одной волне», — объясняет Шрётер.
Агрегаты человеческих эмбриональных стволовых клеток, смоделированные по их системе, могут стать многообещающим экспериментальным инструментом для изучения событий эмбрионального развития в будущем.