Асимметрия органов нашего тела заложена на молекулярном уровне — ученые
Асимметрия органов нашего тела кажется вполне логичной. Действительно, нет особой нужды в двух сердцах вместо одного, и не столь важно, что расположено оно не строго по центру. Теперь выяснилось, что причины такого строения заложены глубоко на молекулярном уровне.
Ученые из японского научно-исследовательского института RIKEN обнаружили, как правозакрученные молекулы создают клетки, несимметричные относительно своей центральной оси. Это открытие, описанное в eLife, — ключевой шаг к пониманию, почему организм наш (и не только) лишен лево-правой симметрии.
Вполне возможно, что если бы некоторые молекулы, из которых состоят наши клетки, были закручены в противоположном направлении, сердце располагалось бы в правой, а не в левой части тела. Все потому, что различие между левой и правой стороной наших органов может происходить от хиральности клеток, которая, в свою очередь, возникает из хиральности составляющих их молекул.
Связь между хиральностью молекул и хиральностью клеток предполагалась, но оставалась не до конца изученной. Многие биомолекулы хиральны, включая ДНК, некоторые аминокислоты и белки, но неясно, какие именно передают свою хиральность клеткам.
Специалисты Центра динамических исследований биосистем RIKEN впервые заинтересовалась этим вопросом, изучая генитальные диски мух, которые всегда развиваются по часовой стрелке. Они хотели проследить это явление до его источника на молекулярном уровне.
«Работая с мухами, мы захотели выяснить, как хиральность на уровне ткани возникает из хиральности отдельных клеток и как хиральность отдельных клеток происходит от хиральности на молекулярном уровне», — пояснил биофизик Тацуо Сибата, руководивший исследованием.
Изучая строение отдельных клеток, Сибата и его коллеги обнаружили, что внутренний каркас клетки, или цитоскелет, порождает ее хиральность.
Когда одиночные клетки помещали на подложку, их ядра и окружающая цитоплазма закручены по часовой стрелке, если смотреть сверху. Это вращение обеспечивается концентрической структурой актомиозиновых нитей, из которых состоит цитоскелет. То есть ядро будет закрученным, даже когда на клеточном уровне нет хиральной ориентации самого цитоскелета.
Исследователи построили трехмерную теоретическую модель клетки и по ней оценили вклад молекулярной хиральности актина и миозина. Результаты показали, что крутящий момент, генерируемый на молекулярном уровне отдельными компонентами цитоскелета, может закручивать структуру даже при отсутствии хиральных структур на клеточном уровне.
«Наша работа позволила по-новому взглянуть на то, как хиральность молекул приводит к хиральности клеток. Это важный шаг вперед в изучении механизмов, которые лишают наши органы и ткани зеркальной симметрии», — заключил Сибата.
