Понимание процесса развития конечностей позвоночных в значительной степени основывалось на модельных организмах, таких как эмбрионы мышей и куриц, и выращенных в лабораторных условиях из стволовых клетках. Хотя люди имеют сходство с этими позвоночными, их биология все же отличается от человеческой.
Международная команда биологов описала процесс роста пальцев человека в мельчайших деталях, проанализировав тысячи отдельных клеток из донорских эмбриональных тканей, которым было от пяти до девяти недель развития. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Ученые идентифицировали 67 отдельных клеточных кластеров 125 955 захваченных одиночных клеток и пространственно нанесли их на карту в течение четырех временных периодов первого триместра беременности. При этом было также обнаружено несколько новых состояний клеток. «Это похоже на наблюдение за работой скульптора, который вырезает из мраморной глыбы шедевр. В данном случае скульптором является природа, и результатом является невероятная сложность наших пальцев на руках и ногах», — рассказали авторы работы.
Вначале экспрессия гена IRX1 (процесса, в ходе которого наследственная информация от гена преобразуется в РНК или белок), важного для развития скелета, перекрывается на пяти различных длинах в пределах развивающейся конечности. Затем, примерно на седьмой неделе развития, между ними включается процесс гибели клеток, вследствие чего появляются четкие очертания пальцев рук и ног.
По мере удаления ненужных клеток пальцы вытесняются от кончиков до основания. Ученые отметили, что небольшие нарушения в этом процессе могут привести к деформациям конечностей. На видео, опубликованном учеными, можно рассмотреть пальцы, которые изначально появляются в одно «почке».
Исследователи говорят, что создание одноклеточных атласов «углубляет наше понимание того, как формируются анатомически сложные структуры, помогая нам раскрыть генетические и клеточные процессы, лежащие в основе здорового развития человека, что имеет большое значение для научных исследований и здравоохранения». Также стоит отметить, что развитие конечностей у людей и мышей происходит по схожей траектории, но с участием разных типов клеток и различиями в активированных генах.
Ранее учеными были найдены молекулы, отвечающие за формирование новых нейронов.
Анна Морозова
