В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, ученые из Корнельского университета (Cornell University) обнаружили, что ротация кишечника во время развития управляется двумя волнами экспрессии фактора транскрипции, называемого Pitx2. Вторая волна, как оказалось, вызывается механическими сигналами внутри эластичной ткани, которая закрепляет кишечную трубку, а позже становится проводником для кровеносных и лимфатических сосудов, питающих кишечную трубку.
Актуальность исследования
У здоровых эмбрионов ротация кишечника во время развития всегда происходит против часовой стрелки и точно рассчитана по времени. Это сложный процесс, который ученые долго пытались понять.
«Весь желудочно-кишечный тракт — это одна трубка, которая поглощает питательные вещества, и она огромна, поэтому должна образовывать петлю, чтобы поместиться внутри нашего тела», — объясняет автор исследования Наташа Курпиос. «Много лет назад мы обнаружили, что петлеобразование в высшей степени консервативно и хорошо регулируется».
Ген Nodal необходим для установления раннего строения тела
Оказывается, такие органы, как сердце, печень, легкие и кишечник, расположены асимметрично — находятся на одной стороне тела или охватывают левую и правую стороны, но не по центру. Понимание того, как формируется кишечник с лево-правой асимметрией, поможет выявить закономерности развития, обнаруженные в других органах, таких как сердце. Ученые обнаружили, что ген под названием Nodal индуцирует первую волну Pitx2 для установления раннего строения тела. Но присутствие Nodal недолговечно, и как только он стимулирует экспрессию Pitx2, он исчезает до того, как происходит ротация кишечника. Таким образом, в течение долгого времени было неизвестно, как Pitx2 остается активным, чтобы направлять вращение кишечника, когда Nodal исчезает. Ученые обнаружили, что экспрессия Pitx2 фактически исчезает, а затем возвращается, когда кишечная трубка готова к петле.
Исследователи обнаружили, что сенсор, TGF-beta, находится в латентном состоянии до тех пор, пока не будет активирован механическими силами. В случае с кишечником это определяется дорсальной брыжейкой, которая прикрепляется к кишечной трубке и удерживает ее на месте. При прямом вращении ткань дорсальной брыжейки резко расширяется справа и уплотняется слева. Когда это происходит, TGF-бета ощущает эти изменяющиеся силы и активирует экспрессию второй волны Pitx2, которая стимулирует образование петель кишечной трубки. Другими словами, волна Pitx2, которая устанавливает асимметрию тела, отличается от волны, которая ротирует кишечник.
Практическая значимость работы
Полученные данные имеют важное значение для понимания основных механизмов формирования органов, что поможет в диагностике и предотвращении врожденных дефектов, таких как мальротация кишечника и заворот, когда развивающийся кишечник скручивается и сдавливается.
Авторы другого исследования утверждают, что резкое увеличение веса у детей с ожирением связано с нарушением связи между мозгом и кишечником.