Виды во всем животном мире имеют жизненно важные связи между внешними слоями своего тела и окружающей средой. Известно, что сложные микроскопические структуры, например, присутствующие на внешних слоях кожи человека, собираются в матричные структуры.

Но как эти сложные структуры, известные как апикальные внеклеточные матриксы (аЭКМ), собираются в тщательно сплетенные структуры, остается неуловимым вопросом.

Теперь, после многих лет исследований и мощи технологически продвинутого инструмента, ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего раскрыли основу таких матриц у крошечной нематоды. Круглый червь Caenorhabditis elegans широко изучался на протяжении десятилетий из-за его прозрачной структуры, которая позволяет исследователям заглядывать внутрь его тела и исследовать кожу.

Исследователи Школы биологических наук , описанные в журнале Nature Communications , теперь расшифровали совокупность паттернов аЭКМ у круглых червей на наноуровне. Мощный микроскоп со сверхвысоким разрешением помог выявить ранее невиданные закономерности, связанные с колоннами, известными как стойки, которые являются ключом к правильному развитию и функционированию ЭЦМ.

«Стойки подобны крошечным столбикам, которые соединяют различные слои матрицы и служат своего рода подпорками», — сказал Эндрю Чизхолм, профессор Школы биологических наук и старший автор статьи.

Хотя круглые черви служат модельным организмом для лабораторных исследований из-за своего простого прозрачного тела, под поверхностью они имеют сложную архитектуру. У них также есть почти 20 000 генов, что мало чем отличается от количества человеческих генов, и поэтому они дают уроки о структуре и функциях более развитых организмов.

Сосредоточив внимание на экзоскелете круглых червей, известном как кутикула, исследователи обнаружили, что дефекты в стойках приводят к неестественному набуханию слоя или «вздутию». В слое кутикулы исследование было сосредоточено на коллагенах, которые являются наиболее распространенным семейством белков в нашем организме и помогают удерживать тела в соединении.

«Стойки удерживают вместе важные слои», — сказал Чисхолм. «Без них слои разделяются и вызывают такие расстройства, как образование волдырей. У мутантов с волдырями вы не видите никаких распорок».

Обычные лабораторные инструменты ранее отображали стойки без деталей, что часто приводило к появлению неопределенных пятен. Но через лабораторию доцента биологических наук Андреаса Эрнста они получили доступ к передовому оборудованию, известному как микроскопия сверхвысокого разрешения с трехмерным структурированным освещением (3D-SIM), которое позволило расставить стойки в потрясающий фокус и позволило легче определить их функции. Затем исследователи смогли разобраться в наноразмерной организации стоек и ранее недокументированных уровнях формирования рисунка в слое кутикулы.

«Мы могли точно видеть, куда эти белки направляются в матрице», — сказал Чисхолм. «Это потенциально парадигма того, как матрица собирается в очень сложные структуры и очень замысловатые узоры».