Виявлено нову геометричну форму, яка дає можливість тривимірної упаковки епітеліальних клітин при створенні викривлених тканин і органів.
Кожен живий організм починається як один осередок, які потім діляться на більше клітин, які далі діляться та підрозділяються до мільярдів клітин утворюються для створення цілого організму. Це один із найзагадковіших аспектів біологія як починаючи з клітин утворюються спочатку тканини, а потім органи. По суті, проста структура ембріона, утворена лише кількома клітинами, стає живим організмом зі складними органами. Наприклад, мільйони епітеліальних клітин збираються разом, утворюючи людина шкіра, наш найбільший орган і найміцніший бар’єр. Якщо наші шкіра була абсолютно плоскою поверхнею, відомі геометричні фігури можна було складати разом, щоб створити шкіру. Але оскільки наше тіло не плоске, ці епітеліальні клітини повинні викривлятися та згинатися. Епітеліальні клітини не тільки утворюють зовнішній шар нашої шкіри, але й вистилають її кров судини, а також органи у всіх тварин. Коли ембріон розвивається, тканини (з клітин) згинаються та утворюють складні тривимірні фігури, які потім стають органами, такими як серце чи печінка тощо. Початкові блоки епітеліальних клітин «рухаються» та «з’єднуються» разом, щоб організовуватися та щільно упаковуватися, щоб надати органу його останні три- розмірної форми, оскільки більшість органів є вигнутими структурами. З огляду на цю вимогу до викривлення, зрозуміло, що епітеліальні клітини, які вистилають органи, повинні прийняти стовпчасту або пляшкову форму, щоб мати можливість оточувати органи під час росту ембріона. Епітеліальні клітини також виконують інші функції, такі як створення бар’єру проти інфекцій і поглинання поживних речовин.
Відкрита нова форма!
Дослідники з Університету Севільї (Іспанія) та Університету Ліхай (США) у своєму дослідженні, опублікованому в Nature Communications, прийшли до висновку, що епітеліальні клітини мають форму, схожу на «скручені призми». Цю нову тверду геометричну форму охрестили як "скутоподібний'. Така форма дозволяє епітеліальним клітинам досягати своєї мети — забезпечити тривимірне покриття органів. Скутоїд — це структура, подібна до призми, з шістьма сторонами з одного боку і п'ятьма з іншого, а також трикутною гранню на одному з довгих країв призми. Ця унікальна структура скутоїда дає можливість укладати їх разом з чергуванням п’ятисторонніх і шестисторонніх кінців, що дозволяє створювати криволінійні поверхні. Ця назва не існує в геометрії і була обрана дослідниками після ретельного розгляду і через схожість щитка з формою щитка жука, який є заднім кінцем грудної клітки комахи.
Скутоідна форма рясна
Дослідники використовували методику обчислювального моделювання з використанням діаграм Вороного. Це найпоширеніший інструмент для розуміння геометричних фігур у різних областях. Експерименти з моделювання показали, що у міру збільшення кривизни тканини клітини, що утворюють ці тканини, використовували більш складні форми, ніж просто колонки та форми пляшок, як вважалося раніше. Епітеліальні клітини приймають форму, яка раніше не була описана, і ця конкретна форма допомагає клітинам зробити їх більш енергоефективними, максимізуючи стійку упаковку. Дослідники уважно розглядали тривимірну упаковку різних тканин у різних тварин, щоб проаналізувати їхні погляди. Експериментальні дані встановили, що епітеліальні клітини дійсно сприймають дуже схожі 3D мотиви, передбачені обчислювальним моделюванням. Отже, це нова форма скутоїд допомагає згинатися і вигинатися і забезпечує найбільш оптимальний спосіб, щоб клітини залишалися стабільно упакованими. Встановивши, що існує нова форма, дослідники досліджували в інших організмах наявність скутоїдної форми і виявили, що ця форма присутня у великій кількості. Ці щитоподібні форми також були знайдені в епітеліальних клітинах риб зебри і слинних залозах плодових мушок, особливо в тих регіонах, де тканина вимагала найбільшого вигину, а не плоского вигляду.
Це дуже цікаве та унікальне відкриття, яке може розширити наше розуміння та допомогти нам контролювати тривимірну організацію органів (морфогенез). Це може пролити більше світла на те, що відбувається, коли орган формується неправильно, що призводить до захворювань. Це може бути надзвичайно корисним у сфері вирощування штучних органів та тканинної інженерії, оскільки побудова каркасів із правильною структурою упаковки призведе до кращих результатів. Відкриття цієї нової форми має потенційне застосування в різних наукових галузях.
***
{Ви можете прочитати оригінальну дослідницьку роботу, натиснувши посилання DOI, наведене нижче в списку цитованих джерел(ів)}
Джерела
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Скутоїди – це геометричне рішення тривимірного укладання епітелію. Природа зв'язку. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
