C. elegans embryonic cells with plasma membranes in purple and myosin motors in yellow. The embryo has 26 cells at this stage, and two of the cells are about to become internalized, moving from the surface to the interior. GOLDSTEIN LAB, UNC CHAPEL HIL

Контракции цитоскелета во время эмбрионального развития происходят задолго до того, как появятся какие-либо видимые изменения в форме клеток, указывая тем самым, что иные, чем актиновые и миозиновые сокращения запускают морфогенетические изменения, которые приводят в результате к формированию монослойных эмбрионов из одиночных слоёв клеток, согласно новым исследованиям.

В работе опубликованной в (February 9) Science, группа исследователей, руководимая биологом развития Bob Goldstein из University of North Carolina at Chapel Hill, представила доказательства, что клеточные изменения, которые инициируют образование зародышевых слоёв запускаются новыми молекулярными "тисками," которые закрепляют постоянно сокращающуюся сеть актомиозина в клетках, чтобы обеспечить контакт с точками на соседних клетках.

"В последние несколько лет люди начинают осознавать, что этот процесс действительно может быть динамичным," говорит Adam Martin, биолог развития из Massachusetts Institute of Technology, который не участвовал в исследовании. "Всё, что в этом исследовании действительно было установлено, это то, что вы можете регулировать контрактильность на тканевом уровне, регулируя соединение с этой контрактильной машиной и регулируя связи между соседними клетками."

У модельного червя, Caenorhabditis elegans, процесс гаструляции - когда три зародышевых слоя, которые д. давать все ткани и органы оказываются расположены соотв. образом - проходит приблизительно 90 мин. после первого клеточного деления, когда две клетки из одного слоя из 26 клеток начинают сжиматься на одной стороне и выдавливают бывшую свою соседнюю клетку в направлении к центру эмбриона.

Goldstein's бывший аспирант, Minna Roh-Johnson, первоначально ожидал увидеть цитоскелет C. elegans во время этого процесса. Однако Goldstein был скептичен, что Roh-Johnson может извлечь нечто из таких попыток. "Я полагал, что мы д. увидеть актин и миозин и сжатие поверхности этих клеток и мы действительно видели нечто движущееся пока мы не прозрели," вспоминает Goldstein.

Cells internalizing from the surface of a C. elegans embryo. The outer surface of two internalizing cells are shown in blue; the myosin motors in green; and the plasma membranes in red. GOLDSTEIN LAB, UNC CHAPEL HILL

Но Roh-Johnson перешла к использованию spinning disk конфокальной микроскопии, чтобы рассмотреть клетки с флюоресцентными метками, метящими клеточные мембраны и миозиновые частици. Как и ожидалось, она наблюдала актомиозиновую сеть у двух клеток изгибающуюся и сжимающуюся по мере того как их наружные поверхности начинали сокращаться. Однако хотя она и ожидала, что в клетках перед этим возникнут какие-то изменения в форме клеток, она была удивлена, увидев сходные сокращения и в их цитоскелете. "Я продолжала просмотр всё раньше и раньше, думая, что сокращения д. начинаться с какото-то момента, но они не делали этого," говорит она. "Право, когда эти клетки рождаются они уже имеют эти движения, что было очень неожиданным."

Не только клеточная актин-миозиновая сеть пульсировала, сжималась и ремоделировала саму себя более чем за 20 мин. пред тем, как какие-либо изменения в клеточной форме становились видимыми, это также происходило со скоростями, сходными с теми, когда клетка начинала менять свою форму.

После рассечения актин-миозиновой сети с использованием УФЛ лазерного пучка измеряли скорость, с которой сеть разделится, исследователи также установили, что предел прочности на разрыв сети оказывался столь сильным как и в более ранние временные точки перед гаструляцией.

Мечение наружной поверхности клеточных мембран с квантовыми точками показало, что они были столь же динамичными, как и цитоскелеты, двигались вместе с каждым сокращением. Вместо того, чтобы изменяться со временем, движения цитоскелета двух клеток червя становились всё более связанными с движениями контактной зоны, общей соседним клеткам.

Наблюдалось постепенное соединение актомиозиновой сети со специфическими точками клеточной адгезии, которое, по-видимому, запускало сжимание наружных поверхностей клеток, и позволяло клеткам протискиваться в центр эмбриона.

"Когда эти сети появляются внутри клеток, они не соединены с межклеточными границами," объясняет Goldstein . "Вместо этого, как мы полагаем, имеется нечто между ними, что функционирует по типу сцепления (clutch)."

Хотя такой молекулярный захват (clutch) ещё предстоит охарактеризовать, исследователи установили, что нокдаун определенных белков, таких как cadherin, который участвует в клеточной адгезии, и Rac, который участвует во внутриклеточной передаче сигналов, нарушает этот процесс.

Поскольку этот механизм законсервирован у Drosophila melanogaster, Goldstein верит, что он может быть распространен и на др. высшие организмы и может лежать в основе формирования и закрытия нервной трубки у человека-нарушение которого часто встречается при врожденных дефектах.

M. Roh-Johnson, et. al., “Triggering a cell shape change by exploiting preexisting actomyosin contractions,” Science, doi:10.1126/science.1217869, 2012.