Учёные смоделировали развитие органов у эмбриона

Учёные смоделировали развитие органов у эмбриона «Россия» и «В мире»

Ученые с кафедры анатомии и эмбриологии медицинского факультета Университета Цукубы создали компьютерную модель для моделирования развития сложных структур на основе сигнального пути Delta-Notch.

Эта работа может привести к более полной картине процесса, в результате которого формируются органы и другие физиологические системы.

Развитие крошечного зародыша, состоящее из недифференцированных клеток в здоровый плод с пространственно определенных органами зависит от сложного взаимодействия между генетическими инструкциями и сигнальными молекулами.

Например, гены Notch обнаружены почти у всех животных и насекомых и кодируют рецепторные белки, которые проходят через клеточную мембрану. Это позволяет молекулам внешней сигнализации координировать развитие клетки, включая или выключая определенные гены в нужное время и в нужном месте. Однако мы еще многого не понимаем в деталях этого механизма.

Теперь, чтобы лучше понять роль сигнальных систем в развитии органов и дифференцировке клеток, группа ученых из Университета Цукубы создала компьютерную симуляцию, которая моделирует сигнальный путь Delta-Notch в дифференцировке билиарных клеток. Дифференциация эпителиальных клеток, которые необходимы для развития желчных протоков печени, отличается тем, что они получают сигналы в виде дельта-лигандов от клеток воротной вены, чтобы гарантировать, что они находятся в нужном месте.

Ученые использовали систему связанных дифференциальных уравнений, чтобы показать, как концентрации каждого из них меняются со временем на двумерной матрице 20 × 20, имитирующей плоский поперечный разрез печени. Диффузия молекул Delta привела к различиям в концентрации в зависимости от местоположения, гарантируя, что дифференцировка эпителия происходила только в правильных местах, что авторы назвали «мелкозернистой дифференцировкой». Однако даже с клеткой воротной вены из печени, посылающей молекулы дельта, определенные условия не приводили к дифференцировке клеток, показывая, что правильное развитие зависит от скорости продукции дельта-лигандов и рецепторов Notch. «Этот проект демонстрирует способность компьютерных моделей имитировать формирование пространственной структуры с использованием сложных сигнальных путей с обратной связью», — сказал старший автор, профессор Сатору Такахаши.

ОмскПресс