Хотя внешне человек вполне симметричен, его внутренние органы — вовсе нет. Многие из них закручены, причем в одном и том же направлении (слева направо) и потому плотно прилегают друг к другу. Авторы новой статьи выяснили механизмы работы гена Pitx2, который необходим для этой необычной деформации органов.
Несмотря на то что человек относится к билатерально-симметричным животным, его тело отнюдь не состоит из двух одинаковых половин — левой и правой. Это особенно касается его внутренних органов: скажем, смещенного влево сердца и печени в правом боку. К тому же многие внутренние органы закручены по спирали, причем обязательно против часовой стрелки.
Очевидно, это позволяет им плотнее прилегать друг к другу и оптимально разместиться в полости тела. Так устроен в том числе кишечник — чрезвычайно крупный и длинный орган.
В процессе изменения своей формы кишечник сдвигает соседнюю брыжейку, или мезентерий. Это длинная полоса ткани, которая тянется вдоль всего кишечника и соединяет орган воедино, а также обеспечивает его лимфо- и кровообращение.
Левый и правый края брыжейки всегда связаны, но асимметричны. Как раз поэтому и брыжейка, и прикрепленный к ней кишечник искривляются и закручиваются — всегда в левую спираль. Удивительно, что именно такой морфогенез характерен для позвоночных с разной сложностью организации, однако его механизмы не вполне понятны.
К этой проблеме обратились авторы новой статьи в Science. Они исследовали ее на примере развития кишечника мыши и цыпленка. Ученые установили решающую роль в этом процессе гена Pitx2, имеющего регуляторные функции: он кодирует фактор транскрипции — особый белок, изменяющий активность других генов.
Экспрессия Pitx2 начинается на самых ранних этапах развития эмбриона — при гаструляции. Ее запускают очень консервативный морфоген Nodal из суперсемейства белков TGFβ — фактор, который управляет изменениями строения организма. Сам Nodal продолжает работать недолго: его экспрессия прекращается еще до появления асимметрии. Интересно, что ген Pitx2 активен именно в левых частях большинства закрученных органов, в том числе брыжейки. Это и определяет изменения их формы.
Примечательно, что в этой «закрученной истории» эмбрионального развития кишечника участвуют и биохимические, и механические факторы (проще говоря, надавливание одних тканей на другие). Когда клетки на правой стороне брыжейки увеличиваются, это вызывает сдавливание ее левой части и в результате ведет к высвобождению TGF-β. Он усиливает экспрессию Pitx2 и как следствие делает левую часть органа более твердой — это и вызывает закручивание кишечника вместе с брыжейкой вокруг длинной оси.
Весь процесс поддерживает и усиливает сам себя по механизму положительной обратной связи.