Как возникает асимметрия: белок, который заставляет всё закручиваться

Асимметрия играет важную роль в биологии на всех уровнях: от спирали ДНК и расположения сердца слева у человека до предпочтения правой или левой руки. Команда из Института биологии Вальроз (CNRS/Inserm/Университет Кот-д'Азюр) в сотрудничестве с коллегами из Университета Пенсильвании показала, как один белок вызывает спиральное движение в другой молекуле. По принципу домино это приводит к скручиванию клеток, органов и всего тела, запуская латерализованное поведение. Исследование опубликовано в журнале Science 23 ноября 2018 года.

Наша мир фундаментально асимметричен. Но как возникают эти асимметрии и связаны ли они между собой?

Команда под руководством исследователя CNRS Стефана Носелли несколько лет изучает право-левую асимметрию, чтобы решить эти загадки. Биологи ранее идентифицировали первый ген, контролирующий асимметрию у плодовой мушки (Drosophila), и показали, что он играет ту же роль у позвоночных: производимый им белок Myosin 1D контролирует закручивание или вращение органов в одном направлении.

В новом исследовании ученые индуцировали продукцию Myosin 1D в нормально симметричных органах Drosophila, например, в дыхательных трахеях. Этого оказалось достаточно, чтобы вызвать асимметрию на всех уровнях:

• Деформация клеток
• Закручивание трахей вокруг себя
• Скручивание всего тела личинок
• Спиральное двигательное поведение личинок

Примечательно, что эти новые асимметрии всегда развиваются в одном и том же направлении.

Чтобы определить происхождение этих каскадных эффектов, биохимики из Университета Пенсильвании провели эксперимент in vitro: они поместили Myosin 1D на предметное стекло вместе с компонентом цитоскелета — белком актином. Наблюдения показали, что взаимодействие между этими двумя белками вызывает закручивание актина в спираль.

Помимо своей роли в право-левой асимметрии у Drosophila и позвоночных, Myosin 1D оказался уникальным белком, способным самостоятельно индуцировать асимметрию на всех масштабах — от молекулярного уровня до клеточного, тканевого и поведенческого — по принципу домино.

Эти результаты предполагают возможный механизм внезапного появления новых морфологических признаков в ходе эволюции, например, закручивания тела улиток. Myosin 1D обладает всеми необходимыми характеристиками для возникновения такой инновации, поскольку одной его экспрессии достаточно, чтобы вызвать скручивание на всех уровнях организации.