Эмбриональное развитие млекопитающих — чрезвычайно сложный и точный процесс. Конкретные молекулярные события действуют как сигналы, которые говорят клеткам эмбриона, куда двигаться и в какой тип созревают. Уровни экспрессии различных генов в этих клетках могут изменяться в определенные моменты развития, помогая генерировать сигналы, которые способствуют прогрессированию. Теперь исследователи из Токийского медицинского и стоматологического университета (TMDU) провели эксперименты на мышах, чтобы показать, как конкретный ген помогает управлять образованием тканей в голове.
В статье, опубликованной в Scientific Reports , группа исследователей из TMDU определила, что экспрессия гена, называемого Distal-less homeobox 5 (Dlx5), помогает некоторым клеткам в голове мыши созревать в хрящевые клетки , в то время как другие становятся костными клетками . Это очень важно для правильного формирования черепа.
Клетки нервного гребня (NCC) недавно были в центре внимания исследований в области биологии развития, потому что они могут переходить во многие типы клеток, включая нейроны, а клетки в области головы дополнительно дифференцироваться в кости и хрящи. NCC образуют начальный слой, который формирует дерму и мозговые оболочки на ранних стадиях развития, затем другая группа NCC, присутствующая в надглазничной области, становится костеобразующими клетками, и клеточный домен расширяется апикально в качестве вышележащего слоя, чтобы сформировать свод черепа для защиты мозга. Исходя из этих предыдущих наблюдений, группа TMDU заинтересовалась тем, как экспериментальное увеличение экспрессии Dlx5 может влиять на дифференцировку NCC.
«Мы работали с моделью на мышах, чтобы лучше понять, как чрезмерная экспрессия Dlx5 влияет на развитие черепа», — говорит ведущий автор исследования Три Ву Хоанг. «Мы использовали метод, с помощью которого мы могли добиться более высоких уровней экспрессии Dlx5 в NCC в группе мышей , а затем сравнили развитие их головы с мышами, не созданными таким образом с помощью генной инженерии».
Исследователи сначала подтвердили, что Dlx5 экспрессируется в NCC в сконструированных мышах, как они и ожидали, прежде чем исследовать формирование черепной кости и хряща у двух групп мышей. Они наблюдали усиление слоев как костей, так и хрящей у мышей с более высокой экспрессией NCC Dlx5 по сравнению с контролем.
«Мы наблюдали интересную реакцию со сверхэкспрессией Dlx5 в NCC», — описывает Сатико Исэки, старший автор. «НКС, по сути формирующие мягкие ткани начального слоя, превращаются в кости и хрящи в макушке мышей, созданных с помощью Dlx5».
Группа также исследовала экспрессию нескольких генов, способствующих росту костей и хрящей, в регионах, где были сформированы новые хрящи и кость. Они наблюдали повышенную регуляцию нескольких основных генов образования костей и хрящей, включая β-катенин и Pdgfrα, гены костей были экспрессированы в области, близкой к коже, и гены хряща рядом с мозгом у мышей, созданных с помощью Dlx5, что не наблюдалось у контрольных животных. . Наблюдение показывает, что первоначальный слой мягких тканей трансформируется в два разных слоя во время образования кости и хряща.
«Наши результаты проливают свет на раннее развитие головного слоя NCC в макушке мыши; там два клеточных слоя демонстрируют дифференцированный потенциал костей и хрящей ». — говорит Ву Хоанг. «Сверхэкспрессия Dlx5 в NCCs является искусственной ситуацией в эмбриональном развитии , но она показала нам интересный феномен для обсуждения раскрытых механизмов развития в макушке головы».
Это исследование предоставляет интересные данные, которые помогут продвинуть вперед область биологии развития. Исследователи успешно помогли выявить сложные механизмы, связанные с развитием черепа.