Как Образуются Отпечатки Пальцев Было Загадкой — До Сих Пор

Ученые наконец-то выяснили, как эти дуги, петли и завитки образовались на кончиках ваших пальцев.

Находясь в утробе матери, выступы, определяющие отпечатки пальцев, расширяются наружу волнами, начиная с трех разных точек на кончике каждого пальца. Рельефная кожа образует полосатый рисунок благодаря взаимодействиям между тремя молекулами, которые следуют так называемому шаблону Тьюринга, сообщают исследователи 9 февраля в Cell. То, как эти гребни распространяются от своих исходных мест — и сливаются — определяет общую форму отпечатка пальца.

Отпечатки пальцев уникальны и сохраняются на всю жизнь. Они использовались для идентификации людей с 1800-х годов. Было выдвинуто несколько теорий, объясняющих, как формируются отпечатки пальцев, включая спонтанное складывание кожи, молекулярную передачу сигналов и идею о том, что рисунок гребня может соответствовать расположению кровеносных сосудов.

Ученые знали, что гребни, характеризующие отпечатки пальцев, начинают формироваться в виде нисходящих наростов на коже, похожих на впадины. В течение нескольких последующих недель быстро размножающиеся клетки в углублениях начинают расти вверх, в результате чего образуются утолщенные участки кожи.

Поскольку зарождающиеся гребни отпечатков пальцев и развивающиеся волосяные фолликулы имеют сходные нисходящие структуры, ученые в новом исследовании сравнили клетки из этих двух мест.

Команда обнаружила, что оба участка имеют общие некоторые типы сигнальных молекул — мессенджеров, которые передают информацию между клетками, — включая три, известные как WNT, EDAR и BMP. Дальнейшие эксперименты показали, что WNT заставляет клетки размножаться, образуя гребни на коже, и вырабатывать EDAR, что, в свою очередь, еще больше повышает активность WNT. БМП пресекает эти действия.

Чтобы изучить, как эти сигнальные молекулы могут взаимодействовать, формируя паттерны, команда скорректировала уровни молекул у мышей. У мышей нет отпечатков пальцев, но на их пальцах ног имеются полосатые выступы на коже, сравнимые с отпечатками пальцев человека.

«Мы поворачиваем диск или молекулу — вверх и вниз и видим, как меняется паттерн», – говорит биолог развития Денис Хедон из Эдинбургского университета.

Увеличение EDAR привело к появлению более толстых, более разнесенных гребней, в то время как уменьшение его привело к появлению пятен, а не полос. Противоположное произошло с BMP, поскольку это препятствует производству EDAR.

По словам Хедона, это переключение между полосами и пятнами является характерным изменением, наблюдаемым в системах, управляемых реакцией Тьюринга-диффузией. Эта математическая теория, предложенная в 1950-х годах британским математиком Аланом Тьюрингом, описывает, как химические вещества взаимодействуют и распространяются, создавая закономерности, наблюдаемые в природе. Хотя, при тестировании, это объясняет только некоторые закономерности.

Однако мышиные пальцы слишком малы, чтобы придать им замысловатую форму, характерную для человеческих отпечатков пальцев. Итак, ученые использовали компьютерные модели для имитации паттерна Тьюринга, распространяющегося от трех ранее известных мест зарождения гребня на кончике пальца: в центре подушечки пальца, под ногтем и в складке сустава, ближайшей к кончику пальца.

Изменяя относительное время, местоположение и угол наклона этих отправных точек, команда смогла создать каждый из трех наиболее распространенных рисунков отпечатков пальцев — дуги, петли и завитки — и даже более редкие. Арки, например, могут образовываться, когда выступы подушечек пальцев начинают формироваться медленно, позволяя выступам, исходящим из складки и под ногтем, занимать больше места.

«Это очень хорошо проведенное исследование», – говорит биолог по развитию и стволовым клеткам Сара Миллар, директор Института стволовых клеток семьи Блэк при медицинской школе Икана на горе Синай в Нью-Йорке.

Контролируемая конкуренция между молекулами также определяет распределение волосяных фолликулов, говорит Миллар, который не принимал участия в работе. Новое исследование, по ее словам, «показывает, что формирование отпечатков пальцев соответствует некоторым основным принципам, которые уже были разработаны для других типов узоров, которые мы видим на коже».

Миллар отмечает, что люди с генными мутациями, которые влияют на WNT и EDAR, имеют кожные аномалии.

«Идея о том, что эти молекулы могут быть вовлечены в формирование отпечатков пальцев, витала в воздухе», – говорит она.

В целом, по словам Хедона, команда стремится помочь формированию кожных структур, таких как потовые железы, когда они не развиваются должным образом в утробе матери и, возможно, даже после рождения.

«Что мы хотим сделать, в более широком смысле, так это понять, как созревает кожа».

Источник новости Cell