Работа российских специалистов предоставляет ценные сведения о процессах эволюции и механизмах регенерации тканей, раскрывая принципы формирования сегментов у кольчатых червей.
Сотрудники российских биологических лабораторий впервые детально проанализировали молекулярные механизмы, которые обеспечивают деление тела кольчатых червей на сегменты. Ученые исследовали активность ключевых генов, участвующих в формировании сегментов червя-нереиса, начиная с эмбриональной фазы и заканчивая взрослой формой. Эти знания способствуют более глубокому пониманию эволюционных процессов, лежащих в основе формирования более сложных организмов, включая человека, а также открывают перспективы для самовосстановления поврежденных тканей, как указано на сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Большая часть живых существ имеет сегментированное строение тела. Например, тело дождевого червя разделено на ряд однотипных колец, в то время как насекомые состоят из отдельных частей — головы, груди, брюшка и членистых ног. Примечательно, что принцип сегментации также характерен для человеческого организма. Он определяет структуру нервной системы, позвоночника, ребер и мускулатуры торса. Изучение механизмов образования сегментов у экспериментальных моделей животных помогает понять причины возникновения наследственных дефектов, влияющих на органы и ткани человека.
«Мы выбрали удобную модель — червя-нереиса Alitta virens, гены развития которого очень консервативны и функционируют схожим образом у всех животных, включая позвоночных и человека», — отмечает руководитель проекта Виталий Козин, кандидат биологических наук, доцент, ведущий научный сотрудник кафедры эмбриологии СПбГУ.
Исследователи детально проанализировали работу двух ключевых генов — engrailed и wnt1, которые определяют границы сегментов у кольчатого червя на протяжении всего его развития. Применяя современные технологии, специалисты визуально выделили зоны клеток, активно производящих молекулы РНК указанных генов, а также участки с наибольшим делением клеток в организме червя. Установлено, что на начальных этапах развития первым активируется ген engrailed, формируя несколько симметричных областей повышенной активности внутри тела червя. Затем эти зоны постепенно удлиняются, образуя четкие поперечные линии, совпадающие с будущими границами сегментов.
Активность гена wnt1 начинается немного позже. По мере роста червя зоны его экспрессии приобретают полосатый узор, аналогичный тому, который создается геном engrailed. Следует отметить, что активность гена engrailed наблюдается как спереди, так и сзади каждого нового сегмента, в то время как ген wnt1 проявляется исключительно в задних областях. В результате формируется сложная структура, где зоны активности обоих генов накладываются друг на друга, создавая своеобразную мозаику.
«Наши данные предоставляют самые убедительные аргументы на сегодняшний день в пользу того, что сегментированное тело — одно из самых успешных “изобретений” эволюции — возникало в различных ветвях древа жизни независимо, а не было унаследовано от одного общего сегментированного предка двустороннесимметричных животных (крупной группы, к которой относится и человек). В будущем такие знания могут открыть новые горизонты для технологических решений, например, в области регенеративной медицины. Понимание того, как природа “строит” и “ремонтирует” сложные многосегментные структуры тела, может содействовать разработке методов стимуляции регенерации тканей», — подводит итог эксперт.
Фото: hi-tech.mail.ru