Первые моменты построения тела эмбриона: уникальное видео

Исследователи Морской биологической лаборатории (MBL) из Чикагского университета визуализировали начало этой клеточной перестройки. Их результаты помогают ответить на вопрос о том, что задает оси симметрии и направления развития тела.

Работа, опубликованная в журнале «Молекулярная биология клетки», показывает, как оба родителя вносят вклад в ориентацию тела потомства. Для асцидий, изучаемых в исследовании, исходная информация от матери задает ось спина-живот, а отцовская — ось голова-хвост.

Асцидии — морские организмы из подтипа оболочников, или личиночнохордовых. Во взрослом состоянии ведут, как правило, прикрепленный образ жизни, но в личиночной стадии имеют все признаки хордовых, почти полностью совпадая с личинками позвоночных. По этой причине являются удобными и часто используемыми объектами эмбриональных исследований.

Слева: распространение волн ионов кальция в оплодотворенной яйцеклетке. Видео снято в поляризованном свете. Справа: автофлуоресцентное изображение того же яйца, показывающее движение цитоплазмы. Каждый кадр снимался каждые 2 секунды. Предоставлено: Хиро Исии и Томоми Тани.

Преобладающая теория расположения оси тела заключалась в том, что актиновые нити внутри яйца, которые участвуют в движении и сокращении клеток, приводят в действие перестройку цитоплазматического материала в яйцеклетке после того, как она была оплодотворена. Но увидеть, как это происходит, было проблемой, поскольку начало процесса происходит быстро, и на очень малых расстояниях, внутри живых клеток.

Чтобы преодолеть эти препятствия, исследователи использовали флуоресцентный поляризационный микроскоп и технологию, разработанную в MBL несколько лет назад. Эта технология позволяет отображать объекты, измеряемые в нанометрах, что в тысячи раз меньше диаметра человеческого волоса.

При поляризации световые волны частично или полностью колеблются только в одном направлении: вверх / вниз, влево / вправо, по часовой стрелке / против часовой стрелки и так далее. Вот почему фильтр пропускает поляризованный свет в одной ориентации, но блокирует его при повороте.

Исследователи прикрепляли молекулы флуоресцентных зондов, которые светятся при правильном освещении, к актину в яйцах асцидий рода Ciona, группы морских видов, часто используемых в качестве модели развития животных. Связь зонд-актин была очень жесткой, что позволяло микроскопу определять ориентацию молекул актина, работая с поляризованным светом.

Слева: яйцо Ciona до и после оплодотворения (видео, полученные с помощью флуоресцентной микроскопии полного внутреннего отражения [TIRFM]; зонд F-актина — AF488-фаллоидин). Справа: временные изменения выравнивания F-актина от времени до оплодотворения до первого деления клеток яйца Ciona. Положения частиц AF488-фаллоидина, связанных с F-актином, показаны желтыми точками, а ориентация F-актина показана желтыми полосами. Интервалы кадров, 10 с. Скорость воспроизведения, 15 кадров / с. Предоставлено: Хиро Исии и Томоми Тани.

Итак, исследователи могли видеть, принимал ли актин одну ориентацию либо беспорядочно перемешивался. В неоплодотворенных яйцеклетках они наблюдали случайное расположение актина. После оплодотворения волна ионов кальция проходила через яйцеклетку, и нити актина выстраивались в линию, которая находилась под прямым углом к будущей оси спина / живот. Следом ориентировалась и цитоплазма. Этот процесс формирования плана тела начинался сразу после оплодотворения.

Исследования ориентации оплодотворенных яиц продолжаются. Одна из долгосрочных целей такой визуализации — обнаружить силу, которая определяет морфологию, форму и структуру развивающегося эмбриона и понять ее природу.

Исследования показали, что эмбрионы черепах меняют свой пол, двигаясь в яйце.

По материалам Phys.org

Читайте также:

Родители смогут выбирать самые «умные» эмбрионы

Ученые получили эмбрионы без яйцеклетки и сперматозоидов