Ученые выяснили, как клетки решают свою судьбу в ходе развития эмбриона

Гликолиз, известный как основной способ получения энергии из сахара, оказался не только «топливом» для клеток, но и важнейшим фактором, направляющим их развитие. Международная команда ученых выяснила, что именно гликолиз помогает клеткам принять решение о том, какими тканями они станут в ходе формирования эмбриона. Работа опубликована в журнале Cell Stem Cell.

Изменение уровня глюкозы в среде выращивания эмбриональных моделей влияет на их «судьбу». При блокировке гликолиза клетки теряют способность превращаться в мезодерму и эндодерму — ткани, из которых формируются мышцы, кости, кровь, печень и легкие. Вместо этого они преимущественно становятся эктодермой — предшественником нервной системы.

Однако ученые показали, что если активировать ключевые сигнальные пути, можно вернуть способность клеток дифференцироваться в нужные ткани даже при отсутствии гликолиза. Это открытие означает, что гликолиз не только снабжает клетки энергией, но и управляет важнейшими биологическими сигналами, влияя на развитие организма.

«Меня поразила двойная роль гликолиза — как источника энергии и как регулятора сигналов. Мы смогли раздельно изучить эти функции, что открывает новые пути контроля за развитием тканей», — рассказала Кристина Стапорнвонгкул, ведущий автор работы.

Дополнительные исследования показали, что модели эмбрионального развития, в которых преобладает гликолиз, гораздо точнее повторяют структуру настоящего эмбриона. Это позволяет улучшить качество искусственных моделей, воспроизводящих развитие позвоночника и спинного мозга.

Используя машинное обучение, ученые смогли предсказывать, как будет развиваться структура, и показали, что раннее метаболическое состояние определяет ее финальный вид. Это открытие особенно важно для медицины: повышенная предсказуемость моделей откроет новые возможности для тестирования лекарств, изучения болезней и создания биологических тканей в лаборатории.