В оптогенетике исследователи используют свет для контроля активности белков. Этот метод позволяет им изменять форму эмбриональной ткани и препятствовать развитию аномалий. Теперь ученые из группы Де Ренциса из EMBL усовершенствовали технику, чтобы остановить процессы формирования органов у эмбрионов плодовых мушек. Их результаты, опубликованные в The EMBO Journal, позволяют контролировать важный этап эмбрионального развития.
Для здорового развития ткань должна менять свою форму. Например, группы клеток изменяют свою форму в процессе развития органов. Стефано Де Ренцис и члены его команды в EMBL интересуются механизмами, лежащими в основе этих изменений формы, и используют оптогенетику, чтобы управлять ими с помощью света.
www.youtube.com/embed/zOqeDABZiIA
Видео 1: Вид сбоку на процесс инвагинации. Наружная/апикальная поверхность клеток сокращается, а внутренняя/базальная поверхность расслабляется. Этот скоординированный процесс создает силу, которая толкает клетку внутрь эмбриона. Это первый шаг к развитию органа. ИЗОБРАЖЕНИЕ: Даниэль Крюгер / EMBL
Чтобы сформировать внутренние органы, такие как почки, группы клеток должны двигаться внутрь эмбриона. Во время этого процесса, называемого инвагинацией, поверхность группы клеток сжимается, в результате чего ткань сгибается внутрь. «Представьте эмбрион в виде воздушного шара, а инвагинацию тканей - в виде деформации, вызванной пальцами, толкающими поверхность воздушного шара внутрь. Единственное отличие состоит в том, что клетки не подвергаются внешней силе, как пальцы, а должны быть в состоянии генерировать силы, чтобы двигаться внутрь сами по себе», - говорит Де Ренцис, руководивший проектом. Аномалии в этом процессе приводят к проблемам в организме. развитие тканей и органов.
Инициирование и торможение инвагинации
Де Ренцис и его группа подавляют естественный процесс инвагинации, чтобы понять его движущие факторы. Решающим аспектом является гибкость той части поверхности ткани, которая загибается внутрь. Когда ученые используют оптогенетику для придания жесткости этой поверхности, клеткам становится невозможно изгибаться внутрь, что останавливает весь процесс инвагинации. «Если клеткам не позволяют расслабить свои основания, они не могут эффективно сжимать свои вершины, и инвагинация тканей прекращается. Продолжая аналогию с воздушным шаром, это похоже на то, когда вы одновременно сжимаете верхнюю и нижнюю часть воздушного шара. Внутреннее давление становится выше. и воздушный шар больше не может складываться внутрь», - говорит Де Ренцис. С их новым методом можно не только остановить инвагинацию до того, как она произойдет, но и остановить ее в середине процесса.
www.youtube.com/embed/Con4D_9BLGg
Видео 2: Вид сверху на модифицированную и естественную инвагинацию. В то время как левая ткань модифицирована с помощью оптогенетики и не инвагинирует, правая ткань сгибается внутрь эмбриона и образует мешок. ИЗОБРАЖЕНИЕ: Даниэль Крюгер / EMBL
Хотя ученые и раньше размышляли о важности базальной (внутренней) поверхности ткани, экспериментальные методы не были достаточно развиты, чтобы проверить это. С помощью своего нового метода команда EMBL может изменять активность белка, не повреждая клетки, но при этом иметь возможность активировать и деактивировать модификации по мере необходимости. Их результаты стали первым доказательством давней теории, объясняющей морфологические аномалии во время эмбрионального развития.
В сочетании с предыдущими результатами ученые теперь могут контролировать каждый шаг этого важного процесса развития эмбрионов. Хотя эксперименты проводились на эмбрионах плодовых мушек, Де Ренцис ожидает, что результаты и методы будут применимы и к другим организмам. Оптогенетика может быть использована для создания и формирования искусственных тканей или для контроля развития тканей в регенеративной медицине.