Клеточные ядра играют неожиданную роль в формировании органов
Формирование органов - это симфония взаимодействий, где каждый момент определяется множеством обменов на микроскопическом уровне внутри нашего тела.
Наши клетки, фундаментальные строительные блоки жизни, находятся в постоянном взаимодействии, оркеструя формирование эмбриональных тканей и, в конечном счете, органов.
Подобно тому, как жизненно важные городские системы, такие как фабрики и дороги, обеспечивают бесперебойную работу города, органеллы внутри клеток выполняют огромное количество задач, обеспечивая правильное функционирование клеток.
Несмотря на то, что эти органеллы находятся внутри клеток, они играют ключевую роль в формировании наших органов в процессе эмбриогенеза.
Понимание клеточного ядра
Клеточное ядро является центром управления клеткой, хранящим ее генетический материал в виде ДНК. В этой ДНК содержатся инструкции, необходимые клетке для функционирования, роста и деления.
Вокруг ядра находится двойная мембрана, называемая ядерной оболочкой, которая защищает ДНК и контролирует, что входит и что выходит. Внутри ДНК организована в структуры, называемые хромосомами, которые несут в себе гены, управляющие всеми действиями клетки.
Помимо управления генетической информацией, ядро также помогает производить рибосомы - белковые фабрики клетки. Рибосомальная РНК (рРНК) производится в особой области ядра, известной как нуклеолус.
Как только рибосомы готовы, они выходят из ядра и направляются в цитоплазму, где собирают белки на основе инструкций ДНК. Ядро играет важнейшую роль в сохранении генетической информации и обеспечении нормальной работы клеток.
Наши гены включаются и выключаются в зависимости от сигналов, которые получает ядро. Однако значение ядра выходит за рамки простого центра обработки информации.
Его физические характеристики могут влиять и на структуру ткани. Заинтригованные такой возможностью, профессор Отгер Кампас и его команда из Кластера превосходства «Физика жизни» ТУ Дрездена отправились в исследовательское путешествие.
Как ядра влияют на формирование органов
Профессор Кампас был особенно увлечен тем, как физические свойства ядра могут играть роль в формировании тканей.
Эта инициатива стала продолжением предыдущей работы в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре.
Вооружившись любопытством, чтобы выяснить роль ядер в формировании глаза и мозга позвоночных, исследователи пришли к удивительному выводу. Жесткость тканей сетчатки зебрафиш зависит от упаковки ядер.
Это открытие было неожиданным, учитывая общепринятое мнение о том, что механика тканей зависит от взаимодействия клеточных поверхностей, а не внутренних органелл.
Это открытие открывает новые возможности для исследования того, как клетки координируют эмбриональное развитие.
Регулирование организации ткани
Предыдущие исследования показали, как межклеточные силы могут разжижать ткани, придавая им форму эмбриона. В отличие от этого, было обнаружено, что упаковка ядер может упрочить ткань.
Относительные размеры ядра и клетки играли важную роль. Эксперименты и теоретический анализ показали, что жесткость ткани напрямую регулируется ядром, если оно занимает большую часть пространства клетки.
Более того, когда ядра упакованы строго, они выстраивают клетки в почти кристаллические решетки. Этот новый взгляд бросил вызов распространенным представлениям, установив ранее невиданную роль ядер в регулировании организации и механики тканей.
Формирование органов: Модель зебрафиш
Для дальнейшего изучения взаимосвязи между размером ядра клетки и формированием органов команда исследователей проанализировала зебрафиш. Эти существа, благодаря своей прозрачности на эмбриональных стадиях и быстрому созреванию, позволили многое понять.
Ключевые наблюдения, проведенные в развивающейся сетчатке и мозге зебрафиш, показали, что изменения размеров клеток и ядер на этапе развития прижимают ядра к месту.
Такая организация, по-видимому, имеет решающее значение для обработки зрительных сигналов, а «кристаллический» порядок клеток появляется в результате зажатия ядер по мере развития глаза.
Нарушение архитектуры тканей
Исследование также показало, что ткани мозга становятся ядерно зажатыми, что позволяет предположить более широкую роль ядра во влиянии на архитектуру ряда нейронных тканей.
Исследование подчеркивает возможность того, что дефекты на ядерном уровне вызывают заболевания, связанные с нарушением архитектуры тканей.
Это новое понимание приближает нас к пониманию того, как клетки строят органы во время эмбрионального развития. Оно раздвигает границы существующих знаний, делая еще один шаг вперед в нашем стремлении постичь сложное чудо жизни.
Продвижение регенеративной медицины
Результаты этого исследования открывают широкие перспективы для развития регенеративной медицины.
Понимая ключевую роль, которую ядра играют в организации и механике тканей, ученые могут разработать стратегии манипулирования этими процессами в терапевтических целях.
Например, если мы научимся контролировать упаковку ядер, то сможем потенциально улучшить регенерацию тканей в поврежденных органах или даже управлять формированием новых тканей в лабораторных условиях.
Этот прорыв может привести к созданию инновационных методов лечения таких заболеваний, как нейродегенеративные, при которых нарушается архитектура тканей.
По мере того как мы углубляемся в тайны клеточной организации, потенциальные возможности ее применения для улучшения здоровья продолжают расширяться, обозначая захватывающий рубеж в биомедицинских исследованиях.
Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.
