Примерно в 1 случае из 1000 на ранних сроках беременности нервная трубка — зачаток будущего мозга и спинного мозга — не закрывается полностью. Это приводит к серьезным врожденным нарушениям, включая расщепление позвоночника.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Current Biology, физики из Технологического института Джорджии совместно с учеными из Университетского колледжа Лондона предложили новое объяснение того, как именно должен происходить этот процесс и почему он иногда дает сбой.
Как клетки «стягивают» будущий мозг
Ученые объединили данные наблюдений за эмбрионами мышей с компьютерным моделированием. Мыши выбраны не случайно — их раннее развитие во многом похоже на человеческое.
В центре механизма оказался актин — белок, который формирует внутренний каркас клетки и помогает ей держать форму. В определенный момент актиновые нити собираются в кольцо вокруг еще не закрытого участка нервной трубки.
Дальше включаются молекулярные «моторы» — специальные белки, способные создавать силу внутри клетки. Они тянут актиновые нити, и кольцо начинает стягиваться, постепенно закрывая отверстие. По сути, процесс напоминает затягивание шнурка на мешке.
«Чтобы разобраться, как закрывается нервная трубка, нужно объединять разные области науки. Мы совместили современные методы наблюдения за клетками с физическими моделями и смогли понять, какие силы заставляют клетки стягиваться и закрывать трубку», — отметил Шиладитья Баннерджи.
Клетки работают как единая система
По мере того как кольцо сжимается, клетки не остаются пассивными. Они вытягиваются, меняют форму и начинают двигаться согласованно. Этот процесс можно сравнить с косяком рыб, где каждое движение синхронизировано с соседями.
Такая координация усиливает натяжение и ускоряет закрытие. Возникает своего рода «петля обратной связи»: чем сильнее клетки тянут, тем быстрее перестраиваются, и тем эффективнее идет процесс. Компьютерная модель показала, что без этой согласованности трубка просто не сможет закрыться полностью.
Почему происходят сбои
Исследование дает важную подсказку. Если на любом этапе нарушается работа актина, молекулярных моторов или согласованное движение клеток, процесс может остановиться. В результате остается незакрытое отверстие.
«Физическое моделирование механики клеток и тканей позволяет нам связать воедино этапы развития надежным и количественным способом. Это дает возможность понять процессы, которые невозможно напрямую наблюдать», — объяснил соавтор работы Габриэль Галеа.
Зачем это открытие нужно
Работа показывает, что развитие эмбриона зависит не только от генов, но и от физических сил, действующих на уровне клеток.
Такие модели помогают увидеть скрытые механизмы и могут быть применены к другим этапам развития, где важны движение, давление и согласованность клеток. В перспективе это может помочь лучше понять причины врожденных нарушений и способы их предотвращения.
