Привидений не существует

Понимание того, из каких эмбриональных клеток формируется та или иная часть организма, позволяет разрабатывать методики лечения редких синдромов нарушения развития. А разобраться в том, из чего состоят в том числе и человеческие органы, помогают хвостатые амфибии – аксолотли, личиночная стадия мексиканской амбистомы (Ambystoma mexicanum).

На кафедре эмбриологии СПбГУ под руководством кандидата биологических наук Егора Малашичева, знакомого нашим читателям по работам об асимметрии мозга, занимаются изучением формирования скелета у хвостатых амфибий. Использование трансгенных методик позволяет определить, из каких клеток развиваются те или иные органы. В 2008 году Осама Симомура за открытие флуоресцентных белков, которые и метят нужные ткани, был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.

Аксолотли, популярные лабораторные животные, отличаются высокой способностью к заживлению ран и регенерации, что делает их очень удобными объектами для всевозможных хирургических манипуляций, в том числе с использованием трансплантации тканей.

К постановке эксперимента петербургских ученых подтолкнула вышедшая в 2005 году в журнале «Nature» статья коллектива авторов под руководством Джорджио Кёнтгенса. В ней говорилось, что в области пояса передних конечностей соединительная ткань в тех местах, где мышцы прикрепляются к костям, образуется из клеток нервного гребня при условии, что и кости имеют такое же происхождение. Авторы работы вывели  теорию: если мышца соединяет кости покровного происхождения, значит и в местах соединения мышц с костями соединительная ткань будет по происхождению из нервного гребня. В частности, они предположили, что клетки, которые были найдены в акромиальном отростке лопатки (замещающая кость) у мыши, это «привидение» покровной кости низших позвоночных - клейтрума.

Небольшой экскурс в эмбриологию.  У большинства многоклеточных организмов образуется три зародышевых листка: наружный — эктодерма, внутренний — энтодерма и средний мезодерма. Большая часть скелета и мышц и у позвоночных формируется из мезодермы. Но есть еще нервный гребень — производная нейральной части эктодермы, которую иногда называют «четвертым зародышевым листком».

Но если это «привидение»  существует, то его можно попытаться найти и в хрящевой лопатке хвостатых амфибий. Ведь если теория верна, то не только у мышей, а и у других животных соединительная ткань в местах прикрепления мышц, идущих от головы к туловищу, будет происходить из нервного гребня.

«Мы пересадили весь нервный гребень от трансгенного эмбриона аксолотля обычному на стадии нейрулы. В таком случае до 95% клеток нервного гребня и те ткани и органы, которые из него разовьются, будут помечены флуоресцентным белком. Получилось несколько таких мутантных личинок и при гистологическом исследовании ни одной клетки нервного гребня в поясе передних конечностей и местах прикрепления мышц не обнаружилось», - рассказывает Егор Малашичев. «Интересно, что тот же результат мы получили и при пересаживании участков нервной трубки с зачатками нервного гребня от трансгенных, несущих зелёный флуоресцентный белок, эмбрионов кур, к обычным эмбрионам».

Независимо две группы исследователей – группа под  руководством Шэнона Фишера и группа нобелевского лауреата Кристианы Нюсляйн-Фольхард опубликовали сходные результаты, полученные на трансгенных рыбах Danio rerio. Это означает, что данные полученные на одном виде животных (например, мышах) нельзя так легко экстраполировать на всех позвоночных. Палеонтологические данные тоже опровергают наличие «привидений», так как при изучении ископаемых останков предков млекопитающих — синапсид оказалось, что у них в поясе конечностей уже нет покровных окостенений. В эволюционной летописи между теми покровными костями, которые якобы со временем заместились соединительной тканью в основании мышц и хрящом эндохондральных костей, прошло 200 миллионов лет, и нет никаких свидетельств о каких-то переходных стадиях. Так что вероятнее всего нервный гребень, который является эволюционирующей структурой,  в разных филогенетических ветвях животных  принимает на себя различные функции – в одних – некоторые клеточные субпопуляции исчезают, в других – новые субпопуляции появляются. Возможно, у млекопитающих возникла такая субпопуляция клеток и новая функция нервного гребня  - поддержка опоры  мышц в некоторых участках пояса передних конечностей, что может быть связано с новыми типами локомоции, изменениями функциональной нагрузки и усложнением структуры пояса конечностей.

Вместе с новыми частями организма появились  и новые патологии развития, которые характерны именно для млекопитающих и приводят к отсутствию каких-то костей или их неправильному развитию. И для устранения таких патологий важно знать, из каких именно клеток должна образовываться отсутствующая часть, чтобы, к примеру, грамотно использовать методы регенеративной медицины и стволовые клетки.