Исследователи из России (Первый МГМУ им. И.М. Сеченова), Швеции (Каролинский институт), Франции, Чехии, Австрии и США выяснили, что в ходе эмбрионального развития структуры головного мозга, включая обонятельный эпителий, влияют на образование хрящей носа, а они, в свою очередь, — на кости лицевого черепа. Регуляция роста костей и хрящей в этом случае обеспечивается белком Sonic Hedgehog, образующимся в нервной ткани. Научная статья опубликована в журнале eLIFE.
Череп млекопитающих — крайне сложная структура. Часть его костей образуется из древних хрящей, лежавших в основе челюстей и других отделов головы примитивных рыб. Часть представляет собой, по сути, окостеневшую кожу — дерму и т.д. Как развитие одних частей черепа координируется с формированием других, ясно далеко не до конца. Однако есть все основания полагать, что на образование костей черепа воздействуют структуры, находящиеся внутри него, — хрящи, органы чувств и головной мозг.
Известно, что при ахондроплазии — генетическом заболевании, когда нарушается способность длинных костей к росту, — страдают и лицевые хрящи, и соседствующие с ними кости. Также важно, что хрящи и кости лицевой части черепа, нервные клетки, гладкие мышцы и жировая ткань происходят из клеток одной и той же эмбриональной структуры — нервного гребня. Соответственно, все эти ткани могут влиять на формирование друг друга и это влияние будет особенно заметно при нарушении функций определенных генов.
Коллектив исследователей под руководством выходца из России Игоря Адамейко проверил, как связано развитие нервной ткани и хрящей черепа с формированием костей его лицевой части. Для этого ученые использовали мышей нескольких линий. У животных тем или иным образом, «выключая» различные гены, нарушали образование клеток хрящей лицевой части черепа на 13-й день эмбрионального развития, еще до начала формирования костной ткани. На 16-й и 17-й дни эмбрионального развития исследователи оценивали состояние и форму хрящей и костей лицевой части черепа зародышей мышей.
Выяснилось, что при «выключении» генов Col2a1, CreERT2 и R26DTA, работающих в клетках — предшественниках хондроцитов (клеток хрящевой ткани), кости челюстей мышей получаются более короткими и широкими, чем в норме. При этом лицевые хрящи, в основном те, что образуют структуры носа, не пропадали полностью — их объем снижался только на 20 процентов. Отсюда авторы сделали вывод, что даже незначительные нарушения развития хрящевой ткани лица кардинально меняют судьбу его костей.
Также ученые провели эксперименты на грызунах, у которых в части нервной трубки, дающей начало переднему мозгу, не работал ген Sonic Hedgehog (Shh). Известно, что кодируемый им белок регулирует функции клеток мезенхимы — эмбриональной структуры, впоследствии дающей начало лицевым хрящам. Оказалось, что у зародышей мышей с «выключенным» Shh существенно нарушалось развитие хрящевой капсулы, из которой позже должны были появиться кости и хрящи носа. Также у этих мышей было раздвоено костное небо. Отсюда возникло предположение, что белок Sonic Hedgehog, выделяемый эмбриональными мозговыми структурами на ранних стадиях зародышевого развития, руководит формированием хрящей носа.
Если сложить вместе данные о том, что при нарушении формирования хрящей лицевой части черепа (в число которых входит и нос) его кости развиваются неправильно, а сами хрящи требуют сигналов от Sonic Hedgehog нервной системы, получается, что в каком-то смысле формой лица управляет нервная система. Это логично, если учесть, что головному мозгу и органам чувств необходима защита от внешней среды. Клетки, которые образуют обонятельные рецепторы, встраиваются в решетчатую кость, отделяющую камеры носа от ротовой полости. Поэтому для них особенно важно, как сформируются носовые хрящи и лицевые кости.
Источник контента: nformio.ru