Биологи Санкт-Петербургского университета совершили значительный шаг вперед, впервые детально описав молекулярный механизм, который разделяет тело кольчатых червей на сегменты. Исследование этих процессов формирования повторяющихся модулей открывает новые горизонты для понимания эволюции сложных организмов, включая человека, и механизмов восстановления тканей после травм. Работа выполнена при поддержке гранта Регионального научного фонда.
Сегментация: ключ к пониманию сложных организмов
Тело подавляющего большинства животных организовано в сегменты. Яркими примерами служат множественные кольца дождевых червей или четкие отделы тела насекомых. Похожие процессы ответственны за формирование позвоночника, ребер, мышц туловища и нервной системы у людей. Поэтому изучение сегментации у модельных видов проливает свет на причины врожденных патологий соответствующих органов и тканей у человека.
Расшифровка молекулярного сценария СПбГУ
Специалисты Санкт-Петербургского университета достигли успеха в детальной расшифровке молекулярного «сценария» формирования тела кольчатых червей. Для исследования был выбран червь-нереис Alitta virens, чьи консервативные гены развития функционируют аналогично генам животных и человека.
Танцующие гены: динамика engrailed и wnt1
Ученые СПбГУ проследили активность ключевых генов сегментации — engrailed и wnt1 — на всех стадиях развития организма: от эмбриона до молодой особи. Для этого был применен комплекс современных методов, позволивших визуализировать специфические клетки в тканях, выявить клетки, активирующие синтез РНК с этих генов, и определить зоны наиболее интенсивного деления.
Уникальный молекулярный портрет сегментации
Исследование выявило уникальную картину. На ранних стадиях первым активируется ген engrailed. В теле зародыша формируются симметричные зоны его пиковой активности, постепенно вытягивающиеся в поперечные полосы. Эти полосы идеально совпадают с будущими границами сегментов.
Ген wnt1 включается позже. Изначально активный на заднем полюсе зародыша, в процессе развития его зоны активности также приобретают полосатую форму, подобно engrailed. Однако активность engrailed наблюдается и в передней, и в задней части каждого сегмента, тогда как wnt1 работает только в задней. Это создает не просто соседство, а сложную перекрывающуюся архитектуру зон активности генов.
Открытие, меняющее представления об эволюции
Обнаруженный механизм кардинально отличается от сегментации у других животных, таких как членистоногие. У них оба гена активны исключительно в задней части каждого будущего сегмента, их зоны активности соседствуют, но не перекрываются. Это открытие опровергает господствовавшую ранее гипотезу об общем эволюционном происхождении и едином механизме формирования сегментов у червей и членистоногих.
Полученные данные предоставляют убедительные доказательства того, что сегментированное тело — одно из самых успешных «изобретений» эволюции — возникало независимо в разных ветвях древа жизни, а не было унаследовано от общего предка двусторонне-симметричных животных.
Перспективы для регенеративной медицины
Это фундаментальное знание открывает перспективы для новых технологий, особенно в регенеративной медицине. Понимание того, как природа «строит» и «ремонтирует» сложные многосегментные структуры, может стать основой для разработки методов стимуляции восстановления поврежденных тканей.
Источник: scientificrussia.ru
