Исследователи из Университета Женевы (UNIGE) предложили новое объяснение того, как в эмбрионах млекопитающих определяются точные места будущего роста волос. Ученые разработали модель, которая показывает, что сложные геометрические узоры фолликулов возникают благодаря простым взаимодействиям соседних клеток.
Процесс формирования волос, перьев и большинства видов чешуи начинается с появления небольших структур — плакод. Долгое время основной теорией для лабораторных мышей (Mus musculus) была модель «расширения-индукции». Согласно ей, новая плакода выделяет химическое вещество, которое препятствует появлению других фолликулов слишком близко. По мере роста и растяжения кожи эмбриона некоторые участки оказываются вне зоны влияния этого вещества, что позволяет развиваться новым плакодам.
Роль хемотаксиса
Команда под руководством Атанасии Тзики и Мишеля Милинковича решила проверить альтернативную гипотезу, основанную на хемотаксисе. Это процесс, при котором клетки перемещаются в ответ на разницу в концентрации химических веществ (подобно тому, как лейкоциты движутся к очагу воспаления).
Ученые создали математическую модель, отслеживающую взаимодействие мобильных клеток дермы с притягивающим сигналом, который исходит от эпидермиса. Симуляция показала, что такие взаимодействия способны воспроизвести последовательность формирования фолликулов у лабораторных мышей. Это означает, что для создания узора не требуется сложная система инструкций — плакоды могут появляться спонтанно.
Универсальность механизма
Чтобы проверить универсальность метода, исследователи изучили колючую мышь (Acomys dimidiatus). У этого грызуна волосяные фолликулы расположены необычно регулярно и имеют строгую направленность, что невозможно объяснить традиционной теорией расширения-индукции.
Используя данные трехмерных снимков кожи эмбрионов, ученые адаптировали симуляцию под биохимические особенности и темпы роста кожи колючей мыши. Результаты подтвердили: тот же процесс хемотаксиса воспроизводит и этот специфический узор. Различия между видами объясняются не разными механизмами, а вариациями в клеточных взаимодействиях и химических свойствах.
Как отметила Атанасия Тзика, работа указывает на то, что простое взаимодействие клеток может создавать огромное разнообразие архитектуры тканей, наблюдаемое в ходе эволюции. Природа генерирует разные паттерны, просто меняя параметры взаимодействия клеток с окружающей средой, без необходимости иметь отдельный «чертеж» развития для каждого вида.
