Ученые исследуют, как в теле животных образуются оси, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Molecular Biology of the Cell
Яйцеклетки изначально выглядят как круглые капли. После оплодотворения они начинают превращаться в людей, собак, рыб или других животных, образуя оси от головы до хвоста, от живота к спине и слева направо. Ученые догадывались, что именно задает эти направления ориентации тела, но не видели раньше. Теперь исследователи Морской биологической лаборатории (MBL) изобразили самое начало этой клеточной перестройки, и их результаты помогают ответить на фундаментальный вопрос.
«Самая интересная и загадочная часть биологии развития - это происхождение оси тела у животных», - сказал исследователь Томоми Тани. На момент исследования Тани работал в Центре Юджина Белла, а сейчас работает в Японском национальном институте передовых промышленных наук и технологий.
Работа Тани и Хирокадзу Исии показывает, что оба родителя вносят вклад в ориентацию тела своего потомства. Для видов животных, изучаемых в исследовании (морские сквирты), данные от матери задают ось между спиной и животом, а данные отца - ось голова-хвост.
«И материнские, и отцовские сигналы необходимы для установления строения тела развивающегося эмбриона животного», - заявил Тани.
Это исследование затрагивает фундаментальные вопросы биологии развития, а также может помочь понять, почему иногда что-то идет не так. Такие знания могут принести пользу в таких разнообразных областях, как медицина и сельское хозяйство.
Преобладающая теория того, как устроена ось тела, заключалась в том, что актиновые нити внутри яйца, которые участвуют в движении и сокращении клеток, приводят в действие перестройку цитоплазматического материала в яйцеклетке после того, как она была оплодотворена. Но увидеть, как это происходит, было проблемой, потому что начало процесса происходит быстро и на очень малых расстояниях внутри живых клеток.
Чтобы преодолеть эти препятствия, Тани и Исии использовали флуоресцентный поляризационный микроскоп - технологию, разработанную несколько лет назад в MBL Тани, Шалин Мехта (сейчас в Chan Zuckerberg Biohub) и старшим научным сотрудником MBL Рудольфом Ольденбургом, а также учеными из других учреждений. Эта технология позволяет отображать события, происходящие на расстояниях, измеряемых в нанометрах, что в тысячи раз меньше диаметра человеческого волоса. Эта методика также знакома Тани и другим.
«Использование поляризованного света для изучения динамики молекулярного порядка - традиция визуализации MBL», - отметил Тани и добавил, что началась эта традиция с новаторских исследований живых клеток Шинья Иноуэ в 1950-х годах.
В поляризованном состоянии световые волны частично или полностью колеблются только в одном направлении: вверх/вниз, влево/вправо, по часовой стрелке/против часовой стрелки и так далее. Вот почему фильтр пропускает поляризованный свет в одной ориентации, но блокирует его при повороте.
Тани и Исии прикрепили молекулы флуоресцентных зондов, которые светятся при правильном освещении, к актину в яйцах морских шприцев (Ciona) - морских видов, часто изучаемых исследователями в качестве модели развития животных. По словам Тани, связь зонд-актин была очень жесткой, что позволяло микроскопу определять ориентацию молекул актина, работая с поляризованным светом.
Итак, исследователи замечали, указывал ли актин одну ориентацию или перемещался. Когда Тани и Исии посмотрели на неоплодотворенные яйца, они увидели в основном случайное расположение актина. После оплодотворения волна ионов кальция прошла через яйцеклетку, и филаменты актина выстроились в линию и сузились вдоль ориентации, которая находилась под прямым углом или углом 90o к будущей оси спина/живот. После этого сдвинулась цитоплазма. Этот процесс формирования плана тела начался сразу после оплодотворения.
Исследования ориентации оплодотворенных яиц продолжаются другими учеными. Одна из долгосрочных целей такой визуализации - обнаружить и понять силу развивающегося эмбриона, которая формирует его морфологию, форму и структуру.
«Мы надеемся, что молекулярные порядки в цитоскелете сообщат нам
что-то вроде «силовых линий» - механических сил, которые
организуют морфологию многоклеточных организмов», - сказал Тани,
обсуждая будущие усилия.
[Фото: ru.123rf.com/profile_bezikus]
