პროტეინი, რომელიც ცნობილია როგორც Lefty, ამუხრუჭებს, როდესაც ადამიანის ემბრიონი იწყებს დიფერენცირებას ძვლებში, რბილ ქსოვილებში და ორგანოებში, რომლებიც გვაქმნიან.
რაისის უნივერსიტეტის ბიოლოგების აზრით, ეს ინჰიბიტორი ცილა საკვანძოა სიცოცხლის ადრეულ ეტაპებზე, როდესაც ემბრიონის ღეროვანი უჯრედების ბედი განისაზღვრება კვანძოვანი სასიგნალო გზით.
რაისის Aryeh Warmflash-ის ლაბორატორიის ექსპერიმენტებმა და პოსტდოქტორანტი მკვლევარის ლიჟონგ ლიუს ხელმძღვანელობით პირველად წარმოაჩინა მექანიზმი, რომლითაც ნოდალი და ლეფტი ურთიერთქმედებენ ძუძუმწოვრების ემბრიონში მომავლის სხეულის გეგმის დასადგენად.
მათი შედეგები ჩანს ღია ხელმისაწვდომობის ჟურნალში Nature Communications.
შესწავლა აჩვენებს არა მხოლოდ იმას, თუ როგორ აკონტროლებს ლეფტი კვანძოვანი სასიგნალო მოლეკულები, რომლებიც ცნობილია როგორც მორფოგენები, არამედ ისიც, რომ კვანძოვანი ცილები გადაეცემა პირდაპირ უჯრედიდან უჯრედში, რაც იწვევს მიმღების მიერ ახალი კვანძების ტრანსკრიფციას. ამავდროულად, ლეფტის ტრანსკრიფციის ტალღა დროებით ამოქმედდება უჯრედებში, როდესაც ისინი პირველად მიიღებენ Nodal-ს, რაც არეგულირებს ტალღის სიჩქარეს.
"ძირითადად, ჩვენ ვაჩვენებთ, რომ ვიდრე ცილის ფორმირების გრადიენტები და ავალებენ უჯრედებს, რომ გახდნენ სხვადასხვა ტიპის უჯრედები, ჩართული მოლეკულები საერთოდ არ დიფუზიან," - თქვა Warmflash. "სანაცვლოდ, უჯრედები გადასცემს სიგნალს ისე, რომ თითოეული უჯრედი აწარმოებს სიგნალს და გადასცემს მას თავის მეზობელს, რაც იწვევს მეზობელს მის წარმოებას და ა.შ. ეს ერთგვარი ტელეფონის თამაშს ჰგავს."
უნიკალური ექსპერიმენტული მოდელი, რომელიც შეიქმნა Warmflash-ისა და მისი გუნდის მიერ მრავალი წლის განმავლობაში, საშუალებას აძლევს მათ დაინახონ გასტრულაციის ადრეული ეტაპები, რომლის დროსაც ხდება დიფერენცირების საწყისი ეტაპები.უჯრედების წრიული კოლონიები არ ჰგავს ემბრიონებს და მიჰყვება დადგენილ ეთიკას, მაგრამ უჯრედები ურთიერთობენ და რეაგირებენ რეალისტურად, რადგან ისინი დიფერენცირდებიან სამ დამახასიათებელ ჩანასახად - ექტოდერმი, მეზოდერმი და ენდოდერმი - ცენტრიდან კიდემდე.
მაგრამ რეალურად Nodal ცილის ვიზუალიზაცია აქამდე პრობლემა იყო. ახალი კვლევისთვის, ლიუმ აღმოაჩინა გზა, რომ დაემატებინა ფლუორესცენტური ტეგები Nodal ცილაზე, რომელიც არანაირად არ აზიანებდა გასტრულაციას.
"ჩვენ უნდა დაგვერწმუნებინა, რომ ფლუორესცენტური ტეგი არ იმოქმედებდა ფუნქციაზე", - თქვა ლიუმ, რომელმაც ორი წელი დახარჯა გამოსავლის პოვნაში. იმის გამო, რომ ტეგი ძალიან დიდია - არსებითად კომბინირებული მოლეკულის ნახევარი კვანძის პროტეინთან - ჩვენ არ ვიცოდით, ის გავლენას მოახდენდა სეკრეციაზე (უჯრედების მიერ) თუ დიფუზიაზე.“
როდესაც დარწმუნდა, რომ ტეგი კეთილთვისებიანი იყო, ლაბორატორიამ დაიწყო ნოდალის პროგრესირების თვალყურის დევნება 42 საათის განმავლობაში კოლონიის სხვადასხვა კონფიგურაციაში და ლეფტის ორი ადამიანის ვარიანტით ან მის გარეშე.მათ აღმოაჩინეს, რომ ლეფტის გარეშე, ნოდალური დიფუზია კოლონიის ცენტრისკენ უფრო სწრაფად პროგრესირებდა.
ლიუმ თქვა, რომ ძუძუმწოვრების სისტემაში ცალკეული ცილების თვალყურის დევნების შესაძლებლობამ შეიძლება გამოიწვიოს აღმოჩენები იმ მექანიზმების შესახებ, რომლითაც მორფოგენი და მისი ინჰიბიტორი აცხადებენ თავიანთ ტერიტორიებს.
ტრადიციულად, მიჩნეულია, რომ შაბლონები წარმოიქმნება იმის გამო, რომ ზოგიერთი ცილა სხვებზე უფრო სწრაფად ვრცელდება, თქვა ლიუმ. ლოკალურმა კვანძის აქტივობამ შეიძლება გამოიწვიოს Lefty-ის გამომუშავება, რომელიც ავრცელებს ნოდალს უფრო შორს და ზღუდავს სიგნალს კონკრეტული ზომის ტერიტორიაზე, თეორია, რომელიც მისი თქმით, მკაცრად არ არის გამოცდილი.
მკვლევარების გასაკვირად, ენდოგენურ მოლეკულებზე უშუალო დაკვირვებამ არ აჩვენა კვანძოვანი დიფუზიის ნიშანი. სამაგიეროდ, ტალღა, რომელიც მოძრაობს შიგნით, არის თითოეული უჯრედის მიერ წარმოებული ახალი კვანძოვანი ცილების შედეგი, რომელიც შემდეგ აიძულებს მის მეზობელს იგივე გააკეთოს.
ლაბორატორიამ შეძლო დაემტკიცებინა, რომ ეს აუცილებელია ტალღისთვის უჯრედების შექმნით, რომლებსაც აკლიათ Nodal ცილა. ამ უჯრედებს შეეძლოთ სიგნალის მიღება, მაგრამ არ გადასცემდნენ მეზობლებს.
მკვლევარებმა ასევე დაადგინეს, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ლეფტი არ იყო დიფუზური გასტრულაციის ექსპერიმენტებში, მას შეუძლია გადაადგილება ბევრად უფრო დიდ დიაპაზონში სხვა კონტექსტში.
"გვინდა გავიგოთ, რა განსაზღვრავს Lefty ცილების დიფუზიურობას კონტექსტზე დამოკიდებული გზით," თქვა ლიუმ. ეს იმიტომ ხდება, რომ ადამიანის Lefty-ის ორი ვარიანტი აჩვენებს დიფუზიურობისა და გამოხატვის განსხვავებულ ნიმუშებს? ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა რთულია, რადგან ისინი ძალიან ჰგვანან როგორც დნმ-ის, ასევე ამინომჟავების დონეებს. ჩვენ უნდა გამოვნახოთ გზა, რომ განვასხვავოთ ისინი.
"კიდევ ერთი რამ, რაც ჩვენ გვაინტერესებს არის იმის ცოდნა, თუ როგორ თანამშრომლობენ ნოდალი და ლეფტი სხვა თანაფაქტორებთან სხეულის ღერძის განსაზღვრისთვის", - თქვა მან. "სად არის თავი, სად არის კუდი, სად არის მარცხენა და მარჯვენა მხარეები? ჩვენ ვიცით, რომ Nodal მუშაობს კორეცეპტორებთან, რომ ამას აკეთებს ზებრა თევზებში, მაგრამ უფრო მაღალი ძუძუმწოვრების უჯრედებში, კორეცეპტორი შეიძლება ფუნდამენტურად განსხვავებული იყოს."
კვლევის თანაავტორები არიან რაისის კურსდამთავრებული ლუიზა რეზენდე; რაისის კურსდამთავრებული ჯი იონ ჯუნგი, ჯორჯია ტექნიკური უნივერსიტეტის ასპირანტურა; ბრინჯის ტექნიკოსი სესილია გუერა; რაისის კურსდამთავრებული ანასტასია ნემაშკალო, ლოს-ალამოსის ეროვნული ლაბორატორიის პოსტდოქტორანტი; რაისის კურსდამთავრებული Sapna Chhabra, პოსტდოქტორანტი მკვლევარი ევროპის მოლეკულური ბიოლოგიის ლაბორატორიაში ჰაიდელბერგში, გერმანია; და რაისის კურსდამთავრებული იდსე ჰემსკერკი, ფიზიკისა და უჯრედული და განვითარების ბიოლოგიის ასისტენტ პროფესორი მიჩიგანის უნივერსიტეტში. Warmflash არის ბიომეცნიერებებისა და ბიოინჟინერიის ასოცირებული პროფესორი და CPRIT მეცნიერი.
Welch Foundation (C-2021), ეროვნული სამეცნიერო ფონდი (1553228), ჯანმრთელობის ეროვნული ინსტიტუტები (R01GM126122) და Simons Foundation (511079) მხარს უჭერდნენ კვლევას.
