Поскольку эмбрионы развиваются и растут, от одноклеточного яйца до полностью функционального тела, они должны формировать органы, которые пропорциональны общему размеру эмбриона. Точный механизм, лежащий в основе этой фундаментальной характеристики, называемый масштабированием, до сих пор не ясен. Но исследователи из Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге, Германия, и Университет Макгилла в Монреале на один шаг ближе к пониманию этого.
Исследователи обнаружили, что масштабирование будущих позвонков у эмбрионов мыши контролируется тем, как экспрессия определенных генов координируется между соседними клетками. Выводы, опубликованные в Природе, подчеркивают важность этой колебательной картины для обеспечения того, чтобы эмбрионы росли, чтобы стать здоровыми животными.
Соседние клетки в будущем столбце позвонков координаты эмбриона, чтобы включить или выключить определенные гены в свою очередь, создавая волну экспрессии генов, подобную анимации «Слайд для разблокировки» на смартфоне. Чтобы изучить этот процесс и определить его влияние на то, как поддерживаются пропорции будущего позвонка, исследователи разработали новую технику.
«Используя этот новый анализ, мы смогли снять эту волну экспрессии генов в реальном времени с высокой точностью и определить, может ли эта картина измениться в соответствии с общим размером», – объясняет Александр Аулела, который координировал исследование в EMBL Heidelberg. «Существует четкая связь: когда эмбрион меньше, количество сформированных сегментов остается неизменным, но каждый сегмент меньше, а волны выражений пропорционально медленнее».
Скорость волны, по-видимому, является важной характеристикой предсказания размера будущего позвонка: чем быстрее волна, тем больше позвонков. Подобные волны экспрессии наблюдаются у нескольких позвоночных животных, а также у видов насекомых, поэтому эта схема обмена среди эмбриональных клеток, по-видимому, широко распространена. Однако ученые еще не выяснили, как скорость волны контролируется на молекулярном уровне.
Пол Франсуа, доцент физики в McGill, сотрудничал с исследовательской группой EMBL, написав компьютерную модель того, что происходит в ткани. «Меня удивило то, что вы можете воспроизвести сложное поведение с относительно простой трехпараметрической математической моделью. Это предполагает механизмы, которые, возможно, будут проверены в будущем, чтобы понять, как эмбриональные клетки координируют друг с другом, чтобы обеспечить формирование правильных размеров позвонков ».
Исследования Франсуа фокусируются на моделировании физических свойств сетей генов и их эволюции – области, которая возникла в связи с биологией и физикой в последние годы, после секвенирования генома человека и быстрого роста понимания учеными процессов внутри клеток ,
Пленка экспрессии генов у эмбрионов: