Учёные ЮФУ выяснили, как геометрия влияет на структуру эпителия

Фото: ЮФУ

В недавнем исследовании специалисты физического факультета ЮФУ совместно с коллегами из Университета Монпелье (Франция) и Университета Миннесоты (США) изучили, как клетки эпителия соединяются между собой в плоских и сферических слоях. Они рассмотрели плоские и сферические слои клеток почечного эпителия обезьяны, а также сферический слой эпителия, покрывающего яйца асцидий — представителей хордовых животных. Эти два типа эпителия существенно отличаются друг от друга, так как клетки в первом типе делятся, а во втором – уже прекратили.

Границы клеток, объединенных в один слой, представляют собой многоугольники, формирующие подобие мозаики. Исходя из исследований учёных ЮФУ, от 40% до 60% клеток в эпителиальных слоях имеют вид шестиугольников, так как именно эта фигура обеспечивают максимально плотное смыкание клеток и увеличивают прочность формирующихся поверхностей. Также авторы обнаружили, что в сферических слоях, по сравнению с плоскими, увеличивается доля пятиугольных клеток. При этом пяти- и семиугольные клетки стремятся расположиться рядом друг с другом.

В обоих типах слоев почечного эпителия обезьян около половины клеток (39% и 48%) имеют форму неправильных шестиугольников и соединяются с шестью «соседями». Реже встречаются клетки, имеющие от трех до девяти граней. 

Исследователи также выявили черту, отличающую сферические слои от плоских. Из-за необходимости образовать замкнутую оболочку в сферических слоях среднее число «соседей» у клеток перестает быть равным шести и уменьшается тем сильнее, чем меньше клеток в образце. В сферическом эпителии яиц асцидий, где доля шестиугольных клеток больше, из-за кривизны сферы образуются топологические дефекты, так называемые «рубцы» или «складки», которые представляют собой цепочки из нескольких уложенных в ряд клеток-пятиугольников или семиугольников.
Интересно, что только в сферических слоях эпителия асцидий клетки-шестиугольники склонны располагаться рядом друг с другом, возможно, благодаря особому типу межклеточных контактов – щелевым – которых нет в слоях клеток обезьян.

«Нам удалось выявить геометрические различия в плоских и сферических слоях эпителиальных клеток. Это помогает лучше понять процессы, которые происходят при формировании объемных элементов тканей, например выпуклостей, сворачиваний из изначально плоских структур. Кроме того, данные наблюдения могут быть полезны при исследовании поведения опухолевых клеток, у которых при перерождении из здоровых значительно изменяется форма, свойства и характер взаимодействия с "соседями". В дальнейшем мы планируем подробнее исследовать изменения, происходящие при превращении обычного эпителия в раковый», — рассказала руководитель проекта, кандидат физико-математических наук, сотрудник кафедры теоретической и вычислительной физики Физического факультета ЮФУ Дарья Рошаль.

Информация предоставлена пресс-службой Российского научного фонда (РНФ).