Ритмичные сжатия и растяжения помогают стволовым клеткам эмбриона правильно сформировать клапан между камерами сердца.
Половину Нобелевской премии по медицине и физиологии в этом году дали за открытие рецепторов механического давления. В связи с этим мы рассказывали, какую большую роль играют в нашей жизни механорецепторы: речь не только об осязании — они нужны лёгким, кишечнику, кровеносным сосудам, иммунитету и стволовым клеткам кожи. Даже развитие эмбриона зависит от механических сил: если эмбриональные ткани не будут чувствовать сжатия и растяжения, некоторые органы сформируются неправильно, и индивидуум появится на свет с врождёнными пороками.
Исследователи из Страсбургского университета и Имперского колледжа Лондона изучали развитие сердечных клапанов у зародышей рыбы Danio rerio, или полосатый данио. Когда сердце расширяется, оно всасывает в себя кровь из подводящих сосудов, когда сжимается, кровь выходит в другие сосуды, которые отправляют её дальше по телу. При этом важно, чтобы при расслаблении сердечной мышцы кровь не возвращалась обратно из отводящих сосудов в сердце, а при сокращении сердечной мышцы — чтобы кровь не выходила в подводящие сосуды, откуда только что пришла. Сердечные клапаны как раз и обеспечивают однонаправленный поток крови: есть клапан, который стоит на входе в сердце и который закрывается при сокращении, и есть клапан на выходе из сердца.
Но это ещё не всё: в сердце есть камеры, у рыб — две, у амфибий и большинства рептилий — три, у птиц и зверей — четыре. Между камерами тоже есть клапаны, выполняющие ту же функцию — не давать крови течь обратно. Многие пороки сердца связаны с клапанами, которые пропускают кровь в обратном направлении; из-за этого нарушается кровоснабжение тканей и органов, в том числе и самого сердца.
Формирование клапанов у эмбриона подчиняется генетической программе. Но одних генов мало, нужно, чтобы формирующийся клапан работал, чтобы его клетки испытывали механическое воздействие от крови и работающей сердечной мышцы. Исследователи наблюдали, как развивается клапан между предсердием и желудочком у рыбьих зародышей. В статье в Science они пишут, что для правильного развития клапана в ядрах клеток зародыша должен оказаться белок Nfatc1 — там он нужным образом подействует на определённые гены. Nfatc1 переходит в ядра, когда включается сигнальная цепочка, в которой участвуют ионы кальция и один из клеточных рецепторов. А эта сигнальная цепочка, в свою очередь, активируется под действием механических сил. Механическая пульсация превращается в биоэлектрический сигнал, который сообщает стволовым клеткам, что им делать, где делиться сильнее, где слабее, как обычные специализированные клетки — и вот так получается, что от механических сил зависит форма сердечного клапана.
Скорее всего, не только у рыб, но и у других животных для правильного формирования сердечных клапанов нужно чтобы стволовые клетки чувствовали ритмичные сжатия и растяжения. И очевидно, что если в этой сигнальной цепочке, которая начинается от механического воздействия, что-то пойдёт не так, клапан получится с дефектом. Но подробности здесь станут понятно только после дополнительных экспериментов, которые надо будет ставить не только на рыбах, но и на млекопитающих.
Автор: Кирилл Стасевич