Эмбрион затягивает сам себя белковым шнурком — так рождается мозг. Рассказываем про гениальный трюк природы
NewsMakerОдин сбой на тысячу беременностей — и нервная трубка не закроется…
Нервная трубка формируется у эмбриона в самом начале беременности и позже дает начало ключевым структурам нервной системы. Иногда процесс идет со сбоем: примерно в одном случае на тысячу беременностей трубка не закрывается как положено. Именно такие нарушения лежат в основе тяжелых пороков развития, включая расщепление позвоночника. Физики из Технологического института Джорджии вместе с коллегами из Университетского колледжа Лондона предложили более точное объяснение того, почему в норме трубка все же смыкается и какие силы за этим стоят.
Команда изучала раннее развитие не только с точки зрения биологии, но и с позиции механики. Исследователи из UCL работали с эмбрионами мышей, чье развитие в этом отношении близко к человеческому, а группа из Джорджии строила на основе этих данных компьютерные модели. Такой подход помог описать сам физический механизм закрытия нервной трубки в части будущего мозга.
Главную роль, как показала работа, играет структура, которую авторы называют purse string. По смыслу это стягивающее кольцо, похожее на шнурок, который затягивает отверстие в мешке. Основа такой конструкции – актин, один из главных белков клеточного каркаса. Актин помогает клеткам сохранять форму и жесткость. Во время закрытия нервной трубки его нити выстраиваются кольцом по краю отверстия, а затем в дело вступают молекулярные моторы – белки, которые создают внутри клеток механическое усилие. Когда моторы тянут за актин, в кольце нарастает натяжение, и оно постепенно стягивает края трубки друг к другу.
Правда дело не сводится к одному лишь сокращению этого кольца. По мере того как актиновая структура затягивается, клетки начинают вытягиваться и удлиняться. Из-за этого они выстраиваются более согласованно и движутся не хаотично, а почти синхронно. Исследователи сравнивают такую картину со стаей рыб, которая меняет направление как единое целое. Благодаря согласованности клетки перемещаются быстрее и эффективнее, а натяжение еще сильнее возрастает.
Нервная трубка формируется у эмбриона в самом начале беременности и позже дает начало ключевым структурам нервной системы. Иногда процесс идет со сбоем: примерно в одном случае на тысячу беременностей трубка не закрывается как положено. Именно такие нарушения лежат в основе тяжелых пороков развития, включая расщепление позвоночника. Физики из Технологического института Джорджии вместе с коллегами из Университетского колледжа Лондона предложили более точное объяснение того, почему в норме трубка все же смыкается и какие силы за этим стоят.
Команда изучала раннее развитие не только с точки зрения биологии, но и с позиции механики. Исследователи из UCL работали с эмбрионами мышей, чье развитие в этом отношении близко к человеческому, а группа из Джорджии строила на основе этих данных компьютерные модели. Такой подход помог описать сам физический механизм закрытия нервной трубки в части будущего мозга.
Главную роль, как показала работа, играет структура, которую авторы называют purse string. По смыслу это стягивающее кольцо, похожее на шнурок, который затягивает отверстие в мешке. Основа такой конструкции – актин, один из главных белков клеточного каркаса. Актин помогает клеткам сохранять форму и жесткость. Во время закрытия нервной трубки его нити выстраиваются кольцом по краю отверстия, а затем в дело вступают молекулярные моторы – белки, которые создают внутри клеток механическое усилие. Когда моторы тянут за актин, в кольце нарастает натяжение, и оно постепенно стягивает края трубки друг к другу.
Правда дело не сводится к одному лишь сокращению этого кольца. По мере того как актиновая структура затягивается, клетки начинают вытягиваться и удлиняться. Из-за этого они выстраиваются более согласованно и движутся не хаотично, а почти синхронно. Исследователи сравнивают такую картину со стаей рыб, которая меняет направление как единое целое. Благодаря согласованности клетки перемещаются быстрее и эффективнее, а натяжение еще сильнее возрастает.