Как наши органы понимают, когда им пора остановиться расти?

Размер самой маленькой в мире рыбы, Paedocypris, — всего 7 мм. Это ничто по сравнению с 9-метровой китовой акулой. Рыбка имеет много общих генов и ту же анатомию, что и акула, но ее спинной и хвостовой плавники, жабры, желудок и сердце в тысячи раз меньше. Почему органы и ткани этого миниатюрного создания в какой-то момент перестают расти? И почему внутренности ее гигантского родственника продолжают увеличиваться до определенных размеров?

Когда рыбка растет, клетки ее тканей размножаются и самоорганизуются под действием особых сигнальных молекул — морфогенов. Но как они узнают, какой размер соответствует живому организму, которому они принадлежат?

У мушки-дрозофилы есть морфоген Decapentaplegic (DPP), молекула, необходимая для образования крыльев и антенн на голове. DPP проникает в развивающейся ткани, а затем, если говорить языком науки, образует уменьшающиеся градиенты концентрации по мере удаления от источника. Например, если рассмотреть две области с различной концентрацией какого-либо вещества, то ее градиент, как векторная величина, будет направлен из области меньшей концентрации вещества в область с большей.

Иными словами, чем тоньше и меньше ткань, тем меньше распространение DPP. А значит, тем меньше вырастет будущий орган.

Команда ученых, состоящая из биологов, биохимиков, математиков и физиков, проанализировала, что происходит на уровне каждой клетки. Они измерили все важные этапы транспортировки морфогена в ткань.

Данные о DPP ученые собрали в клетках, принадлежащих тканям разного размера, у обычных мух и у мутантов. Они обнаружили, что именно разные этапы транспортировки определяют степень градиента. Таким образом, в небольшой ткани молекула DPP в основном распространяется путем смешивания между клетками. Поэтому его концентрация довольно быстро падает вокруг источника, что приводит к узкому градиенту.

С другой стороны, в более крупных тканях молекулы DPP, попавшие внутрь клеток, также сильно перемешиваются, что позволяет распространить градиент на большую площадь.

«Наш уникальный и междисциплинарный подход позволяет нам дать универсальный ответ на фундаментальный биологический вопрос, который Аристотель задавал себе почти 2500 лет назад: как яйцо узнает, когда прекратить расти, чтобы вырастить цыпленка?», — заключили ученые.

━━━━━

Анастасия Дегтярева