Круглые черви используют малые РНК для создания идеальных яйцеклеток
Все многоклеточные организмы, размножающиеся половым путем, зависят от яйцеклеток для поддержки раннего развития. Исследователи из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и Ludwig Cancer Research использовали круглого червя C. elegans в качестве модели, чтобы понять, как яйцеклетки обеспечивают эмбриональное развитие, используя только материалы, уже присутствующие в них. Их исследование, опубликованное 24 марта в журнале Cell, раскрывает роль малых РНК — типа генетического материала — и вспомогательных белков в тонкой настройке развития яйцеклетки.
«Яйцеклетки отличаются от других растущих клеток, где питательные вещества используются для наращивания клеточной массы перед делением, — сказал Аршад Десаи, PhD. — Яйцеклетка лягушки, например, создает около 3000 клеток, просто делясь на все более мелкие клетки, без роста. Нас интересовало, как яйцеклетки способны это делать».
Дополняя растущий объем знаний о малых РНК и их влиянии на функцию клеток, это исследование показывает, что малые РНК работают вместе с ферментом Argonaute, чтобы помочь создать идеальную яйцеклетку C. elegans. Исследование основано на более ранней работе, показавшей, что специфический белок Argonaute под названием CSR-1 влияет на распределение хромосом при первом делении эмбриона после оплодотворения яйцеклетки.
Предыдущее исследование предполагало, что CSR-1 влияет на деление клеток, помогая определять центромеры — специализированные области хромосом, которые помогают распределять их во время деления. Однако в этом исследовании ученые обнаружили, что CSR-1 не контролирует формирование центромер в ранних эмбрионах. Вместо этого они выяснили, что CSR-1 необходим для построения веретена деления — клеточной машины, которая распределяет хромосомы при делении одной клетки на две дочерние.
Веретена состоят из микроскопических белковых «канатов» — микротрубочек. Микротрубочки веретена прикрепляются к центромерным областям хромосом и помогают их разъединять. Когда команда Десаи удалила фермент CSR-1 из клеток, они заметили дефект веретена. Они проследили этот дефект до чрезмерной выработки другого фермента, который разрушает микротрубочки.
Это открытие заставило исследователей пристальнее изучить роли CSR-1 и связанных с ним малых РНК в «тонкой настройке» состава яйцеклетки. Они обнаружили, что малые РНК направляют CSR-1 к матричной РНК (mRNA), которую CSR-1 затем разрезает. Эта mRNA несет генетические инструкции для белков, которые помогают строить яйцеклетку. Изменяя количество малых РНК, связанных с ферментом CSR-1, яйцеклетки могут точно регулировать состав материала в них, чтобы поддерживать эмбриональное развитие.
Хотя CSR-1 присутствует только у круглых червей, мыши также используют белок Argonaute и малые РНК для контроля состава своих яйцеклеток.
«Поскольку геном яйцеклетки должен оставаться непредопределенным и способным генерировать все различные типы тканей организма, яйцеклеткам нужен особый способ контролировать производство материала, который в них хранится для поддержки развития эмбриона, — сказала первый автор статьи Адина Гершон-Гурвиц, PhD. — Наше исследование предполагает, что это достигается с помощью системы малых РНК и Argonaute».