Синхронизированные волны контролируют формирование эмбриона

В процессе развития эмбриона от одной клетки до сложного организма бесчисленные процессы паттернирования обеспечивают, чтобы нужные клетки развивались в строго правильном месте и в нужное время. Клетки активируют специфические гены ритмичным образом на ранних стадиях развития, что приводит к волнам активации, проходящим через эмбрион. Учёные из EMBL показали, что ритм между двумя конкретными наборами волн — контролируемыми сигнальными путями Wnt и Notch — обеспечивает формирование новых сегментов. Результаты исследования опубликованы в Cell.

Формирование новых сегментов в эмбрионе мыши контролируется молекулярными часами. Два ключевых сигнальных пути в этом процессе — Wnt и Notch. Оба демонстрируют периодические импульсы активности, которые происходят в том же темпе, что и формирование сегментов. Учёные из лабораторий Аулехлы и Мертена в EMBL показали, что именно временной интервал между двумя волнами ответственен за сегментацию. В определённый момент времени волны Wnt и Notch синхронизируются и перекрываются, что совпадает с образованием нового сегмента.

Чтобы проверить, что происходит, когда волны не синхронизированы, исследовательская группа разработала новую экспериментальную стратегию для контроля ритма импульсов Wnt и Notch. Постдокторант EMBL Катарина Зоннен, работающая в обеих лабораториях, создала систему, позволившую синхронизировать волны с внешним ритмом. Примечательно, что новый сегмент формировался только тогда, когда волны Wnt и Notch синхронизировались. Изменение их относительного времени предотвращало образование сегмента.

Жизненно важная информация в динамических сигналах

«Это первый раз, когда нам удалось напрямую проверить важность временного фактора в развивающихся системах», — говорит руководитель исследования, глава группы EMBL Александр Аулехла. «Это показывает, что жизненно важная информация для развития эмбриона закодирована в динамических, осциллирующих сигналах. В будущем этот подход можно будет использовать для проверки важности ритма в других контекстах — например, в стволовых клетках и при патологических состояниях, где задействованы те же сигнальные пути».