Nature Materials: Выяснилось, как клеточные ядра организуют работу глаз и мозга

Учёные из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и кластера Physics of Life Excellence в Дрездене обнаружили, что клеточные ядра контролируют архитектуру и механику тканей глаза и мозга во время эмбрионального развития.

Это открытие расширяет представление о роли клеточного ядра.

Учёные измерили жёсткость тканей в сетчатке рыбы данио-рерио и выяснили, что она зависит от упаковки ядер. Это стало неожиданностью, поскольку обычно считается, что механика тканей определяется взаимодействием клеточных поверхностей, а не органелл внутри клеток. Об этом рассказал профессор Кампас, заведующий кафедрой динамики тканей в Кластере передового опыта «Физика жизни» Дрезденского университета и управляющий директор этого кластера. Исследование опубликовано в журнале Nature Materials и открывает новый взгляд на организацию эмбрионального развития.

Скрытый архитектор

Внутри клеток есть особые структуры — органеллы, которые выполняют важные функции. Но как именно они участвуют в создании тканей и органов — неизвестно.

Органеллы можно сравнить с фабриками или дорогами в городе: они выполняют свои задачи внутри клеток, чтобы те правильно работали. Раньше считалось, что эти структуры не влияют на формирование органов во время эмбрионального развития. До недавнего времени.

Ядро клетки обрабатывает информацию и включает или выключает гены в зависимости от полученных сигналов. Эта органелла — самая большая и жёсткая в клетке. Поэтому ядро может влиять не только на обработку информации, но и на физическую структуру ткани. Кампас решил изучить роль ядер в формировании органов.

Предыдущие исследования группы показали, что во время развития ткани могут становиться более твёрдыми или, наоборот, мягкими.

Мы выяснили, как размер ядра по сравнению с размером клетки влияет на этот процесс, — говорит соавтор работы Сангву Ким.

Учёные изучили размеры ядер в клетках тканей глаза и мозга. Они обнаружили, что когда ядро занимает большую часть пространства клетки, то оно напрямую контролирует жёсткость ткани. Более того, сильно упакованные ядра упорядочивают клетки почти как кристаллы.

Кампас говорит, что когда ядра начинают взаимодействовать механически, то механика ткани и упорядочивание клеток зависят не от клеточной поверхности, а от самого ядра. Именно ядро определяет жёсткость всей ткани.

Исследование показало, как размер ядра клетки влияет на формирование органов. Для этого учёные использовали зебрафиш — прозрачных на эмбриональных стадиях позвоночных. Благодаря тому, что они быстро созревают, можно визуализировать формирование органов в 3D.

Рана Амини, соавтор исследования, рассказывает, что учёные провели структурные измерения и оценили движение клеток, сосредоточившись на развитии сетчатки и мозга зебрафиш.

С помощью измерений авторы показали, что на ключевых этапах развития ядра становятся плотно окружёнными соседями из-за изменения размеров клеток. Ядра аккуратно прилегают друг к другу, как кофейные зёрна в банке. Такая организация важна для функционирования глаза. В наших глазах клетки упакованы очень структурированно и часто демонстрируют регулярный «кристаллический» порядок, необходимый для обработки визуальных сигналов. У зебрафиш он не отличается от нашего, и кристаллический порядок клеток — результат застревания ядер при развитии глаза.

Команда также обнаружила, что ткани мозга контролируются ядрами. Это исследование может помочь понять, как возникают заболевания, связанные с нарушением архитектуры тканей, из-за дефектов на ядерном уровне.

Это открытие — ещё один шаг к пониманию того, как клетки строят органы во время эмбрионального развития.

12.08.2024