Позвоночный столб представляет собой структуру из 33 чередующихся позвонков. Расположение в определенном порядке создается в эмбрионе путем последовательного образования длинного ряда структур, называемых сомитами (см. рисунок), которые позже дают начало позвонкам и ребрам. Этот периодический паттерн сомитов создается группой генов, известных как часы сегментации. Молекулярные взаимодействия внутри клетки приводят к тому, что экспрессия этих генов колеблется, причем активность генов растет и падает в определенном порядке с течением времени (см. видео).
Для каждого колебания формируется один сомит. Ошибки в часах сегментации могут вызвать наследственно обусловленные нарушения позвоночника, такие как СКД.
Динамика часов сегментации человека и связанных с ними заболеваний не может быть изучена непосредственно в эмбрионах человека, поэтому ученый-исследователь Европейской лаборатории по молекулярной биологии (EMBL) Мицухиро Мацуда (Mitsuhiro Matsuda) и его коллеги попытались создать систему для изучения этого процесса в лаборатории. Они создали линии клеток, в каждой из которых отсутствовал ген, считающийся причинной мутацией СКД, который может быть вызван любым из нескольких генов у разных пациентов. Ученые культивировали клетки, чтобы создать упрощенные версии эмбриона, которые демонстрируют многие из нужных характеристик. В то время как клетки, лишенные гена под названием HES7, не проявляли осцилляций, у клеток, лишенных генов DLL3 и LFNG, неожиданно выявились сохранные клеточные колебания. Однако, несмотря на осцилляции, происходящие в этих линиях на одноклеточном уровне, они не подвергались должной координации по всей ткани, чтобы сформировать синхронные одновременные колебания или бегущие волны.
Дополнительные испытания
Эксперименты показали, что созданная учеными система культивирования может выявить мутации СКД, которым подверглись здоровые клетки. Но как быть с тестированием клеток пациентов? Ученые создали новую клеточную линию от больного с мутацией в DLL3 и протестировали ее in vitro. Как и ожидалось, в этой клеточной линии не определились бегущие волны. Чтобы предоставить наиболее убедительные доказательства того, что причиной была мутация DLL3, исследователи использовали инструмент редактирования генов CRISPR-Cas9 для коррекции мутации. Была обеспечена нормальная синхронизация часов сегментации в ткани in vitro. Это послужило доказательством специфичности мутации.
«Часы сегментации, механизм, лежащий в основе периодических структур позвоночного столба, был воспроизведен in vitro. Нам также удалось отдельно оценить два важных свойства часов сегментации: осцилляцию и синхронизацию», − говорит руководитель группы EMBL Мики Эбисуя (Miki Ebisuya). «HES7, DLL3 и LFNG уже были известны как причина СКД. Но для многих пациентов с СКД эти гены-возбудители все еще неизвестны. Наша следующая цель состоит в том, чтобы идентифицировать новый причинный ген СКД, используя нашу недавно созданную модель in vitro».
Источник: evogenlab.ru
