Рост организма прозрачного червячка оказался детально расписан по минутам. Ученые обнаружили необычные биологические часы, функционирующие только в одном направлении и не зависящие от циркадных ритмов.
Международная группа ученых из биолаборатории Cold Spring Harbor выявила у нематоды Caenorhabditis elegans ранее неизвестный тип биологических часов, который управляет полным процессом развития организма. В отличие от привычных циркадных часов, отвечающих за суточные ритмы, этот механизм не цикличен: он запускает последовательность этапов роста лишь однажды и не допускает их повторения.
Ключевую роль в функционировании системы играют белки MYRF-1 и LIN-42. Вместе они формируют молекулярную цепь обратной связи, которая устанавливает момент начала каждого этапа развития и его длительность. Ученые называют данную систему главным таймером генома червя.
Прозрачная нематода C. elegans проходит четыре личиночные стадии перед тем, как стать взрослой особью. На каждой из этих стадий в клетках происходят строго упорядоченные всплески активности генов. Новое исследование показало, что именно комплекс MYRF-1/LIN-42 обеспечивает запуск этих импульсов в нужное время и гарантирует, что каждая стадия будет завершена только один раз.
Белок-ключ, без которого развитие останавливается
Чтобы разобраться в механизме работы этих необычных часов, ученые применили классические молекулярно-биологические эксперименты, секвенирование ДНК и белков, а также систему искусственного интеллекта AlphaFold для анализа структуры белков.
Выяснилось, что MYRF-1 выполняет сразу несколько функций. Он инициирует следующий этап развития и одновременно участвует в контрольной точке, завершающей этот этап. После активации MYRF-1 включает белок LIN-42, который регулирует интенсивность и продолжительность всплеска генетической активности. Когда ученые искусственно блокировали MYRF-1, весь процесс развития нарушался и организмы переставали нормально расти.
По словам авторов исследования, система функционирует как храповый механизм: гены могут многократно включаться и выключаться, однако развитие организма неизменно движется только вперед и не возвращается к уже пройденным этапам.
В настоящее время ученые исследуют, каким образом отдельные клеточные таймеры синхронизируются между собой и обмениваются сигналами. Эти данные могут помочь лучше понять причины генетических заболеваний и нарушений развития у людей и млекопитающих в целом.