Форму лица определяют мозг и обонятельные рецепторы

Исследователи из России (Первый МГМУ им. И. М. Сеченова), Швеции (Каролинский институт), Франции, Чехии, Австрии и США выяснили, что в эмбриональном развитии структуры головного мозга, включая обонятельный эпителий, влияют на образование хрящей носа, а они, в свою очередь, на кости лицевого черепа. Регуляция роста костей и хрящей в этом случае обеспечивается белком Sonic Hedgehog, образующимся в нервной ткани. Научная статья опубликована в журнале eLIFE.

Череп млекопитающих — крайне сложная структура. Часть его костей образуется из древних хрящей, лежавших в основе челюстей и других отделов головы примитивных рыб. Часть представляет собой, по сути, окостеневшую кожу — дерму, и т. д. Как развитие одних частей черепа координируется с формированием других, ясно далеко не до конца. Однако есть все основания полагать, что на образование костей черепа воздействуют структуры, находящиеся внутри него, — хрящи, органы чувств и головной мозг.

Известно, что при ахондроплазии — генетическом заболевании, когда нарушается способность длинных костей к росту, — страдают и лицевые хрящи, и соседствующие с ними кости. Также важно, что хрящи и кости лицевой части черепа, нервные клетки, гладкие мышцы и жировая ткань происходят из клеток одной и той же эмбриональной структуры — нервного гребня. Соответственно, все эти ткани могут влиять на формирование друг друга, и это влияние будет особенно заметно при нарушении функций определенных генов.

Коллектив исследователей под руководством выходца из России Игоря Адамейко проверил, как связано развитие нервной ткани и хрящей черепа с формированием костей его лицевой части. Для этого ученые использовали мышей нескольких линий. У животных тем или иным образом, «выключая» различные гены, нарушали образование клеток хрящей лицевой части черепа на тринадцатый день эмбрионального развития, еще до начала формирования костной ткани. На шестнадцатый и семнадцатый дни эмбрионального развития исследователи оценивали состояние и форму хрящей и костей лицевой части черепа зародышей мышей.

Выяснилось, что при «выключении» генов Col2a1, CreERT2 и R26DTA, работающих в клетках-предшественниках хондроцитов (клеток хрящевой ткани), кости челюстей мышей получаются более короткими и широкими, чем в норме. При этом лицевые хрящи — в основном те, что образуют структуры носа — не пропадали полностью, их объем снижался только на 20 процентов. Отсюда авторы сделали вывод, что даже незначительные нарушения развития хрящевой ткани лица кардинально меняют судьбу его костей.

Также ученые провели эксперименты на грызунах, у которых в части нервной трубки, дающей начало переднему мозгу, не работал ген Sonic Hedgehog (Shh). Известно, что кодируемый им белок регулирует функции клеток мезенхимы — эмбриональной структуры, впоследствии дающей начало лицевым хрящам. Оказалось, что у зародышей мышей с «выключенным» Shh существенно нарушалось развитие хрящевой капсулы, из которой позже должны были появиться кости и хрящи носа. Также у этих мышей было раздвоено костное небо. Отсюда возникло предположение, что белок Sonic Hedgehog, выделяемый эмбриональными мозговыми структурами на ранних стадиях зародышевого развития, руководит формированием хрящей носа.

Если сложить вместе данные о том, что при нарушении формирования хрящей лицевой части черепа (в число которых входит и нос) его кости развиваются неправильно, а сами хрящи требуют сигналов от Sonic Hedgehog нервной системы, получается, что в каком-то смысле формой лица управляет нервная система. Это логично, если учесть, что головному мозгу и органам чувств необходима защита от внешней среды. Клетки, которые образуют обонятельные рецепторы, встраиваются в решетчатую кость, отделяющую камеры носа от ротовой полости. Поэтому для них особенно важно, как сформируются носовые хрящи и лицевые кости.

Смогут ли люди менять свою внешность в будущем, читайте здесь.