Новый игрок в эмбриогенезе: как клетки понимают, где голова, а где хвост

Вы когда-нибудь задумывались, почему у нас уши растут именно по бокам головы, а не, скажем, на спине? За это отвечают оси тела — невидимые координаты, которые задают план нашего организма ещё в утробе. Самая древняя из них — ось голова-хвост. Именно она определяет, где будет рот, а где — всё остальное. И до недавнего времени считалось, что главными дирижёрами этого оркестра выступают сигналы Nodal и BMP. Но, как выяснилось, в оркестре есть ещё один музыкант, и его зовут бета-катенин.

Команды учёных под руководством Кристиана Шрётера и Ивана Беджова из институтов Макса Планка решили разобраться в этом механизме. Для этого они создали эмбрионоподобную модель — не настоящий эмбрион, конечно, а этакую «чашку» из двух слоёв клеток, но без крышки. И вот тут началось самое интересное.

Раньше думали, что сигнал BMP поступает именно из крышки (так называемой экстраэмбриональной эндодермы) и задаёт градиент: где BMP мало — там включается Nodal и формируется голова. Но в эксперименте учёные убрали крышку, а значит, и сигнал BMP. И что же? Ось голова-хвост всё равно сформировалась! Оказалось, в дело вступил бета-катенин — молекула, которую раньше связывали с другой осью тела. Он взял на себя роль антагониста Nodal и помог клеткам понять, где верх, а где низ.

Это открытие особенно важно, потому что человеческий эмбрион — не чашка, а скорее диск. У него геометрия другая, значит, и распределение сигналов может отличаться от мышиного. То, что работает у мышей, не обязательно работает у нас. А бета-катенин, возможно, играет ключевую роль именно в развитии человека. Исследователи не исключают, что этот механизм универсален для разных форм эмбрионов.

Ещё один важный нюанс: учёные использовали клетки только из одной линии стволовых клеток. Это значит, что у них был одинаковый генетический фон и, как говорят сами исследователи, они «находились на одной волне». Такая чистота эксперимента позволила исключить лишние переменные и точно увидеть, кто за что отвечает. В будущем подобные модели на человеческих стволовых клетках помогут изучать ранние этапы нашего развития без использования настоящих эмбрионов. А это уже шаг к пониманию того, как исправлять ошибки, когда что-то идёт не так.