Почему сердце находится слева, а стрелки часов движутся вправо. Тайны асимметричности мира

Когда были открыты вращающиеся моноцилии, возникла вероятность, что моноцилии inv-мышей вращаются иначе, хотя это казалось чрезвычайно маловероятным. Действительно, когда Хирокава и его сотрудники взглянули на моноцилии в inv-мышах, обнаружилось, что они вращаются с той же скоростью (около 600 оборотов в минуту) и в том же направлении, что и у нормальных мышей. Однако, хотя движение inv-моноцилий выглядело нормально, с потоком жидкости, проходящим через узелок, что-то было не так. Латексные крупинки, быстро пересекавшие нормальный узелок, не набирали обычной скорости, а поток выглядел турбулентным. Похоже, что нормальный поток через узелок связан не только с вращением моноцилий, но также и с тем, что узелок имеет точно треугольную форму. Однако у inv-мышей узелок был меньше, длиннее и тоньше нормального, и это нарушало нормальное левостороннее течение. Тем не менее, хотя поток был медленнее, он все же был направлен влево, а не вправо, так что требовалось объяснить, почему у inv-мышей сердце всегда оказывается справа. Хирокава и его сотрудники дали такое объяснение с помощью элегантной модели[169].

Большая часть модели Хирокавы симметрична (рис. 5.20). По обеим сторонам узелка находятся клетки, выделяющие сигнальные молекулы, а по всему основанию узелка расположены рецепторы, реагирующие на сигнал. Сигнальная молекула выделяется не в активной форме, но в виде прекурсора, который активируется нодальной жидкостью, а затем, спустя несколько секунд, деактивируется и разрушается. Таким образом, молекула активна лишь в течение нескольких секунд. За эти критичные секунды нодальный поток обычно уносит неактивный прекурсор с правой стороны, и активируется он, лишь достигнув левой стороны узелка. За то время, пока молекула активна, на нее реагируют рецепторы с левой стороны узелка, вызывая каскад сигналов, приводящих к формированию сердца слева. У inv-мышей сигнальная молекула выделяется в виде обычного неактивного прекурсора. Попадая в бурный и турбулентный поток нодальной жидкости, она движется столь медленно, что активируется, не достигнув еще срединной линии, то есть с правой стороны узелка. После этого она вызывает каскад сигналов, ведущих к развитию у inv-мышей сердца с правой стороны, противоположно обычному положению. На рис. 5.20 приведена сравнительная диаграмма, показывающая, что происходит у обычных мышей, мышей без KIF3A/B, а также iv- и inv-мышей[170].

Рис. 5.20. Схема нодального потока у нормальных мышей и мышей с мутациями iv, inv и kif3a/b. Слева и справа от углубления звездочками отмечены клетки, выделяющие сигнальные молекулы, которые высвобождаются как неактивные (маленькие серые пятна), активируются (большие черные пятна) и затем снова становятся неактивными (маленькие белые пятна). Моноцилии, показанные у нормальных и inv-мышей, вращаются, тогда как у iv-мышей они неподвижны, а у kif3a/b-мышей отсутствуют. Большой стрелкой влево у нормальных мышей показано быстрое и спокойное перетекание жидкости влево, а у inv-мышей поток медленнее и менее интенсивен. У iv– и kif3a/b-мышей перетекание осуществляется только за счет диффузии и отмечено маленькими пунктирными стрелками. Сигнальные молекулы улавливаются рецепторами, чашечками в основании узелка, а количество уловленных сигнальных молекул показано на полосках внизу, максимальное слева у нормальной мыши, максимальное справа у inv-мыши и максимальное в центре у iv- и kif3a/b-мышей