Эмбрионы рыбок данио раскрыли механизмы развития сердечного ритма

Графическая схема исследования. Автор: Developmental Cell (2025). DOI: 10.1016/j.devcel.2025.07.011

Сердцебиение — это символ жизни. Одна из первых жизненно важных функций, которая появляется в процессе развития организма и прекращается в момент смерти.

«Сердце — один из первых органов, который формируется и начинает функционировать в процессе развития», — объясняет Рашми Прия, руководитель лаборатории морфодинамики органов в Институте Фрэнсиса Крика. «По мере роста эмбриона сердце продолжает развиваться, превращаясь из простой трубчатой структуры в сложный трехмерный насос».

В новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале Developmental Cell, ученые из лаборатории Прии изучили ключевой этап этого развития — формирование мышечных гребней, называемых трабекулами.

«На ранних стадиях развития внутренняя поверхность сердца образует сложную сеть этих трабекул», — поясняет Тоби Эндрюс, ведущий автор исследования и постдокторант лаборатории. «Эти структуры должны формироваться в нужном количестве, чтобы обеспечить правильную работу сердца. Дефекты в их образовании связаны с рядом сердечных заболеваний, таких как кардиомиопатии».

Исследование показало, что формирование трабекул обусловлено обратной связью между сердцебиением и изменениями формы клеток.

Прозрачная модель

Чтобы наблюдать за развитием сердца в реальном времени, команда использовала эмбрионы рыбок данио, которых разводят в аквариальном комплексе института.

«Сердца рыбок данио очень похожи на наши по структуре и функциям, но их небольшой размер и прозрачность позволяют нам в реальном времени наблюдать, как сердце бьется внутри эмбриона, и как изменения формы отдельных клеток формируют полноценный орган», — объясняет Эндрюс.

С помощью мощных микроскопов и генетических инструментов ученые обнаружили, что трабекулярные гребни растут не за счет деления клеток, как считалось ранее, а за счет их перемещения и перестройки.

Также выяснилось, что сердце увеличивается в размерах, растягивая существующие клетки, почти удваивая их объем. Это позволяет сердцу увеличить вместимость на 90% и максимизировать наполнение кровью.

Правильный ритм

Используя компьютерные модели, команда обнаружила систему обратной связи, в которой сердцебиение и химические сигналы совместно контролируют плотность трабекулярных гребней, обеспечивая правильное развитие сердца.

По мере развития трабекул и усиления сокращений сердца возникает механический сигнал, делающий клетки «мягче», что позволяет им растягиваться и увеличиваться. Эта система регулирует здоровый темп роста, так как растянутые клетки теряют способность к дальнейшему рекрутированию, стабилизируя рост трабекул.

«Это самоорганизующаяся и интеллектуальная система, где сердце само регулирует свое развитие в нужное время, чтобы соответствовать физиологическим потребностям организма», — говорит Прия.

«Структура сердца не перестает меняться после рождения и продолжает адаптироваться в течение всей жизни», — добавляет Эндрюс. «Наши сердца изменяют свою форму и функции в ответ на физиологические вызовы, и лучшее понимание биологии этой гибкости может стать основой для будущих методов лечения сердечных заболеваний».

Дополнительная информация: Toby G.R. Andrews et al, Mechanochemical coupling of cell shape and organ function optimizes heart size and contractile efficiency in zebrafish, Developmental Cell (2025). DOI: 10.1016/j.devcel.2025.07.011

Источник: The Francis Crick Institute