Клеточное разнообразие ускоряет метаморфоз у плодовых мушек

Клеточная гетерогенность ускоряет два этапа метаморфоза. Автор: Д. Вакита, С. Ямадзи, Д. Умецу и Т. Кано (2025)

Все живые существа, большие и малые, формируются благодаря слаженной работе множества различных клеток. Чтобы поддерживать организм готовым к любым вызовам, клетки должны быть динамичными. Часто это означает, что клетки одного типа — например, красные кровяные тельца — выглядят и функционируют по-разному, чтобы работать согласованно в массе.

Хотя исследователям известно, что такие разнообразные, или микро-гетерогенные, клетки существуют во многих системах организма, преимущества гетерогенности для функционирования систем пока не изучены.

Однако в исследовании, опубликованном в PLOS Computational Biology, исследователи из Университета Осаки, Токийского университета, Университета Тохоку и Будущего университета Хакодате показали, что командная работа творит чудеса даже на клеточном уровне. Статья озаглавлена «Двойная динамика возникает из гетерогенной клеточной популяции в метаморфозе дрозофилы».

Результаты показали, что несколько различных типов клеток работают вместе, чтобы произвести масштабные изменения в телах распространенного модельного организма — плодовой мушки.

Плодовые мушки претерпевают драматические изменения в структуре тела на протяжении всей жизни, от личинки до взрослой особи. На критической стадии куколки клетки сотрудничают, чтобы расщепить личиночные мышцы и рассеять фрагменты по всей ткани.

«Двумя главными игроками в расщеплении мышц являются сарколиты (фрагменты мышц) и гемоциты (иммунные клетки, которые поглощают эти фрагменты)», — говорит старший автор доктор Дайки Умецу из Университета Осаки.

«Однако было неясно, как взаимодействия между этими различными типами клеток, а также вариативность внутри каждого типа клеток влияют на ремоделирование мышц во время развития плодовой мушки».

Чтобы решить этот вопрос, исследователи использовали усовершенствованную микроскопию в реальном времени для отслеживания движения гетерогенных клеток в мышцах куколок плодовых мушек. Между тем, вычислительная модель сарколитов, гемоцитов и третьего типа — клеток жирового тела — оценила факторы, влияющие на ремоделирование мышц. Сочетание биологических и вычислительных методов предоставило исследователям возможность визуализировать этот процесс.

«Результаты были очень интригующими», — поясняет Умецу. — «Мы обнаружили, что сарколиты сначала двигались быстро, затем замедлялись и принимали более упорядоченное расположение, в то время как клетки жирового тела, по-видимому, помогали обеспечить структуру и пространственное расположение сарколитов».

Интересно, что гемоциты, которые переносят сарколиты, значительно различались по скорости движения и количеству поворотов. Компьютерная модель показала, что наличие всех трех типов клеток необходимо для правильного перераспределения сарколитов, и что комбинация гемоцитов, которые двигались извилисто, и тех, что двигались по прямой линии, укрепляла стабильность новой структуры.

«Наши результаты предполагают, что гетерогенность как внутри, так и между типами клеток критически важна для достижения двух различных целей в развитии мышц плодовой мушки: быстрого перераспределения сарколитов и точного размещения этих клеток в новый структурный порядок», — говорит ведущий автор доктор Дайки Вакита из Токийского университета.

Преимущества возможности визуализировать множественные различные типы клеток и их поведение во время расщепления мышц у куколок плодовых мушек могут быть связаны и с неживыми существами. Полученные данные потенциально могут быть применены в робототехнике.

«Заключение исследования предполагает, что гетерогенные рои роботов могли бы быть более эффективными в многозадачности, что более репрезентативно для реальных задач, чем группы роботов с идентичными характеристиками», — говорит старший автор доктор Такеши Кано из Будущего университета Хакодате.

Больше информации: Dual-purpose dynamics emerge from a heterogeneous cell population in Drosophila metamorphosis, PLOS Computational Biology (2025). DOI: 10.1371/journal.pcbi.1013331

Источник: Osaka University