Новая модель раскрывает механизм формирования равномерных каналов в трубчатых тканях

Учёные RIKEN разработали модель, объясняющую упорядоченный процесс формирования цитоскелета, лежащего в основе создания сети трубчатых структур, снабжающих наш организм кислородом и питательными веществами. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Для стабильного кровотока наши кровеносные сосуды должны поддерживать равномерный внутренний канал (люмен). Это достигается за счёт укрепления регулярно расположенными циркулярными тяжами из белка актина. Подобные актиновые структуры также стабилизируют клеточные выросты, соединяющие нейроны в мозге, и трубчатую сеть дыхательной системы у плодовых мушек.

Однако процессы формирования этих трубчатых структур остаются малоизученными. "Было загадкой, как такие трубчатые ткани формируются с гладкими, однородными просветами", — говорит Саяка Сэкин из Центра динамических исследований биосистем (BDR) RIKEN.

Чтобы исследовать этот вопрос, команда под руководством Сэкин и Мицусукэ Тарамы (также из BDR) использовала в качестве модели развитие дыхательной системы (трахеи) у мушек.

Предварительные эксперименты показали, что укрепляющие просвет актиновые кабели, наблюдаемые в полностью сформированных трубках, изначально возникают из эллиптических скоплений актина, которые исследователи назвали актиновыми нанокластерами.

Для выявления генов, способствующих формированию и организации этих нанокластеров, команда систематически ингибировала 119 генов, кодирующих белки, взаимодействующие с актином.

Основываясь на выводах этих и последующих экспериментов, команда разработала компьютерную модель процесса сборки актина, сведя систему к небольшому числу переменных.

"Основная стратегия заключалась в том, чтобы сделать модель как можно более простой, но не слишком простой", — поясняет Тарама.

Их модель показала, что неравномерное распределение напряжения, возникающее при расширении трубок наружу, вызывает ответную реакцию белка DAAM (disheveled-associated activator of morphogenesis), который, в свою очередь, способствует реорганизации актиновых нанокластеров в упорядоченно выровненные и равномерно расположенные кабели внутри просвета трубки.

"Весь процесс перехода от актиновых нанокластеров к формированию кабелей можно объяснить самоорганизацией в расширяющихся трубках", — говорит Сэкин.

Теперь она и её коллеги надеются лучше понять сенсорный механизм, управляющий этой сборкой актиновых волокон. "Выяснение детального молекулярного механизма может позволить более точное компьютерное моделирование и предсказание структур актина более высокого порядка в других трубчатых тканях", — отмечает Сэкин.

По её словам, эти механизмы могут играть роль в формировании более сложных человеческих тканей, включая примитивную сердечную трубку.