Тело млекопитающих и, в частности, человека, обладает лево-правой асимметрией: сердце и желудок находятся с левой стороны, печень - с правой, количество долей легкого с левой стороны больше, чем с правой. Американские биологи выяснили, как такая асимметрия получается в ходе эмбрионального развития мышей.

Область формирования осевых органов у млекопитающих называется нодом или зародышевым пузырьком. Зародышевый пузырек обрамлен ресничками. В некоторых из них содержится белок под названием лево-правый динеин, благодаря которому они совершают мощные неравномерные колебания.

Сначала исследователи "сшили" ген лево-правого динеина с геном зеленого флуоресцентного белка (Green Fluorescent Protein, GFP) и ввели эту конструкцию в геном зародышей мыши. Они получили трансгенных животных, у которых лево-правый динеин связан с зеленым флуоресцентным белком. У таких животных и их потомства по зеленому свечению можно понять, в каких клетках и клеточных структурах есть динеин.

Было показано, что лево-правый динеин находится только в ресничках центральной зоны. Именно эти реснички подвижны.

Реснички второй группы распределены равномерно по всей области зародышевого пузырька. Они неподвижны и не содержат лево-правого динеина, зато в них присутствует другой белок - полицистин, который входит в состав механочувствительных кальциевых каналов.

Каналы реагируют на давление тока жидкости, и происходит вход ионов кальция внутрь клеток. Ионы кальция играют большую роль в регуляции внутриклеточных процессов, в частности они активируют экспрессию генов.

Ученые измерили концентрацию ионов кальция на ранней стадии развития и показали, что эта концентрация намного выше в левой половине зародышевого пузырька. Измерение проводили с помощью специальной флуоресцентной краски, которая меняет свой цвет в зависимости от концентрации ионов кальция.

Наконец, биологи создали две группы мышей-мутантов: у одних был нарушен синтез лево-правого динеина, у других - полицистина. У мутантов как из первой, так и из второй группы не наблюдалось повышения концентрации ионов кальция в левой стороне. Такие зародыши развиваются в симметричных животных, у которых обе половины как бы "правые". Таким образом исследователи выяснили, что биение ресничек и работа кальциевых каналов совершенно необходимы для формирования асимметрии тела.

Итак, схема, предлагаемая биологами из Йеля, такова. Биение ресничек, содержащих динеин, формирует левосторонний поток жидкости, на который реагирует другая, неподвижная группа ресничек. В ответ на создаваемое потоком напряжение происходит повышение концентрации ионов кальция в клетках левой половины тела, и это приводит к активации комплекса генов, формирующих левую сторону тела. При нарушении формирования потока жидкости или его восприятия получаются симметричные зародыши с двумя "правыми" сторонами.

Получается, что у млекопитающих обе стороны тела как бы "правые" по умолчанию, а вот чтобы получить левую сторону, нужен специальный механизм.

Итоги работы опубликованы в одном из самых высокорейтинговых биологических изданий - журнале Cell.

Источник информации: James McGrath, Stefan Somlo, Svetlana Makova, Xin Tian and Martina Brueckner. Two Populations of Node Monocilia Initiate Left-Right Asymmetry in the Mouse. Сell, Vol. 114, 61-73, July 11, 2003.

Контактная информация: Martina Brueckner, Department of Pediatrics, Section of Cardiology, Yale University School of Medicine, New Haven, CT 06520, USA; martina.brueckner@yale.edu

А. Ермаков