Наши кишки и все наши органы расположены внутри наших тел лево-правосимметрично, так что все может поместиться.

В то же время развитие таких органов, как кишечник, отнюдь не бессистемно. У здоровых эмбрионов вращение кишечника во время развития всегда происходит против часовой стрелки и точно рассчитано по времени. Это сложный процесс, который ученые долго пытались понять.

Теперь исследование, опубликованное в журнале Science , показывает, что ротация кишечника во время развития управляется двумя волнами экспрессии фактора транскрипции, называемого Pitx2. Вторая волна , как оказалось, вызывается механическими сигналами внутри эластичной ткани, которая закрепляет кишечную трубку , а позже становится проводником для кровеносных и лимфатических сосудов , питающих кишечную трубку.

Полученные данные имеют важное значение для понимания основных механизмов формирования органов, что может помочь в диагностике и предотвращении врожденных дефектов, таких как мальротация кишечника и заворот, когда развивающийся кишечник скручивается и сдавливается.

«Весь желудочно-кишечный тракт — это одна трубка, которая поглощает все наши питательные вещества, и она огромна, поэтому она должна образовывать петлю, чтобы поместиться внутри нашего тела», — сказала Наташа Курпиос, доцент кафедры молекулярной медицины Колледжа ветеринарной медицины и старший автор исследования. изучение. Бхаргав Д. Санкети, докторант лаборатории Курпиоса, является первым автором статьи.

«Много лет назад мы обнаружили, что петлеобразование в высшей степени консервативно и очень, очень регулируется», — сказал Курпиос.

Оказывается, такие органы, как сердце, печень, легкие и кишечник (кишечник), расположены асимметрично — находятся на одной стороне тела или охватывают левую и правую стороны, но не по центру. Понимание того, как формируется кишечник с лево-правой асимметрией, может выявить закономерности развития, обнаруженные в других органах, таких как сердце.

Предыдущая работа показала, что ген под названием Nodal индуцирует первую волну Pitx2 для установления раннего строения тела. Но присутствие Nodal недолговечно, и как только он стимулирует экспрессию Pitx2, он исчезает до того, как происходит ротация кишечника. Таким образом, в течение долгого времени было неизвестно, как Pitx2 остается активным, чтобы направлять вращение кишечника, когда Nodal исчез. «Нашим первым сюрпризом было то, что экспрессия Pitx2 фактически исчезает, а затем возвращается, когда кишечная трубка готова к петле», — сказал Курпиос. «Итак, вопрос был в том, что будит Pitx2?»

Исследователи обнаружили, что сенсор, TGF-бета, находится в латентном состоянии до тех пор, пока не будет активирован механическими силами. В случае с кишечником это определяется дорсальной брыжейкой, которая прикрепляется к кишечной трубке и удерживает ее на месте. При прямом вращении ткань дорсальной брыжейки резко расширяется справа и уплотняется слева. Когда это происходит, TGF-бета ощущает эти изменяющиеся силы и активирует экспрессию второй волны Pitx2, которая стимулирует образование петель кишечной трубки. Другими словами, волна Pitx2, которая устанавливает асимметрию тела, отличается от волны, которая вращает кишечник.

В исследовании исследователи использовали модифицированных мышей и куриные эмбрионы, которые позволяют Курпиосу и его коллегам открывать небольшое окно в яичной скорлупе, чтобы они могли наблюдать за развитием и управлять экспрессией генов.

Лаборатория соавтора Яна Ламмердинга, профессора Школы биомедицинской инженерии Майнига, использовала зонд на живых эмбрионах для измерения жесткости и эластичности спинной брыжейки. Измерения выявили расширение на правой стороне, а TGF-бета-Pitx2 индуцировал торможение этого расширения на левой стороне, что создало идеальный наклон ткани для правильного образования петли кишечной трубки.