Сердцебиение влияет на развитие сердца на ранних стадиях

Автор: Unsplash/CC0 Public Domain

Учёные из Института Фрэнсиса Крика обнаружили, что сокращения сердца сами по себе запускают биологические сигналы, которые влияют на формирование функционального сердца. Исследование, проведённое на рыбках данио, проливает свет на способность сердца адаптироваться к физиологическим потребностям и может помочь понять причины врождённых пороков.

Сердце — один из первых органов, формирующихся у эмбриона, так как оно необходимо для снабжения развивающегося организма кислородом и питательными веществами. Однако процесс превращения простой трубки в сложный трёхмерный насос до сих пор изучен не полностью.

В ходе исследования, опубликованного в журнале «Developmental Cell», команда учёных наблюдала за развитием трабекул — мышечных структур сердца — у рыбок данио. Сердца этих рыб имеют схожие с человеческими структурные и генетические особенности, но при этом прозрачны, что позволяет детально изучать их рост в реальном времени.

Используя 4D-визуализацию, исследователи проанализировали биологические процессы на разных уровнях — от поведения отдельных клеток до изменений формы и размера органа. Оказалось, что трабекулы растут не за счёт деления клеток, как считалось ранее, а благодаря «рекрутированию» соседних клеток, что увеличивает мышечную массу и эффективность сокращений.

«Сердцебиение — это символ жизни, и хотя его структуру изучают веками, процесс формирования правильной формы и размера остаётся загадкой. Мы выяснили, что структура сердца не заложена жёстко, а интеллектуально адаптируется к изменениям физиологии», — объясняет Тоби Эндрюс, ведущий автор исследования.

Учёные также обнаружили механизм обратной связи между сокращениями сердца и его развитием. По мере роста трабекул и усиления сокращений клетки становятся «мягче», что позволяет им растягиваться и увеличиваться в размерах. Это помогает сердцу расширяться на 90% и оптимизировать наполнение кровью.

Теперь команда планирует изучить, как трабекулы формируют сложную трёхмерную структуру, напоминающую губку, и какие молекулярные механизмы регулируют этот процесс. Понимание этих механизмов может стать основой для новых методов лечения сердечных заболеваний.

Дополнительная информация: Toby Andrews et al, Mechanochemical coupling of cell shape and organ function optimizes heart size and contractile efficiency in zebrafish, Developmental Cell (2025).

Источник: The Francis Crick Institute