Учёные признали лицо конечностью

Биологи изучили поведение клеток нервного гребня в ходе эмбрионального развития, показав, что они образуют структуры лица так же, как другие клетки формируют конечности. Об этом рассказывает статья, опубликованная в журнале Science Advances.

Во время одного из ранних этапов эмбрионального развития позвоночных — нейруляции — слои клеток зародыша "впячиваются" и замыкаются, образуя нервную трубку. При этом клетки по краям ещё не замкнувшегося желобка выделяются в отдельную популяцию — нервный гребень. Клетки нервного гребня остаются мультипотентными, обладая способностью мигрировать по эмбриону и развиваться в весьма разнообразные ткани.

Различные участки нервного гребня дают начало отдельным популяциям клеток, которые превращаются в разные ткани и структуры будущего организма, включая периферические нервы и пигментсодержащие меланоциты кожи, клетки мозгового вещества надпочечников и оболочки мозга. Краниальная (передняя) часть нервного гребня развивается в хрящи, жировые клетки-адипоциты и другие структуры лицевой части черепа. Международной группе исследователей во главе с профессором шведского Уппсальского университета Андреасом Хелландером (Andreas Hellander) и работающим в Каролинском институте Игорем Адаменко впервые удалось рассмотреть процесс формирования этих лицевых структур с точностью почти "до клетки".

Учёные использовали генетически модифицированную линию рыбок данио-рерио. Клетки их нервного гребня производили флуоресцентные белки разных цветов, позволяя отслеживать их перемещения и судьбу непосредственно в процессе развития зародыша. Это помогло установить, что популяции мезенхимальных клеток, клоны-потомки отдельных клеток краниальной части нервного гребня, формируют группы с чётко выраженными границами. Они сохраняют обособленность от соседей и постоянство своей внутренней структуры, хотя повсеместно пересекаются друг с другом и даже перемещаются в процессе эмбрионального развития.

Компьютерное моделирование показало, что такая картина может возникать не за счёт миграции отдельных клеток, а в процессе роста и движения групп клонов как единого целого, — возможно, под влиянием градиента сигнальных молекул. Теоретические расчёты подтвердились дополнительными экспериментами с генетически модифицированными линиями рыбок данио, в ходе которых учёные отметили коллективные движения клеток клональных групп, напоминающие процесс развития конечностей.

Это сходство было продемонстрировано и в эксперименте с эмбрионами мышей, у которых учёные нарушали нормальную активность одного из генов сигнального пути Wnt. Учёные показали, что животные с нокаутированным ( отключённым) или, наоборот, включённым с аномально высокой активностью) геном белка Wnt5a развивают глубокие и сходные нарушения структуры конечностей и лица. Градиент Wnt5a определяет, в частности, дальний и ближний к телу "полюса" растущего органа, задаёт правильную ориентацию плоскости деления и направление для расхождения дочерних клеток. В отсутствие этого градиента и конечности, и лицевая часть формируются укороченными и расширенными. Эти нарушения можно заметить ещё до этапа образования скелета.