Удаление отходов у червей раскрывает новый механизм регуляции кальциевой сигнализации

Кальций — это не только минерал для костей и зубов, но и универсальная сигнальная молекула, обеспечивающая критически важную информацию внутри и между клетками. Он участвует в регуляции сердцебиения, работы кишечника, оплодотворения, сокращения мышц и сосудов, секреции гормонов и ферментов, а также в передаче нервных импульсов.

В исследовании, опубликованном в Current Biology, учёные из Медицинского центра Университета Рочестера, Университета Маркетта и Оберлин-колледжа обнаружили новый способ регуляции кальциевой сигнализации. Авторы утверждают, что их работа описывает ранее неизвестный механизм контроля, который будет полезен тысячам исследователей, изучающих роль кальциевой сигнализации в здоровье и болезнях.

"Сложно найти биологический процесс, на который не влияет кальциевая сигнализация", — говорит Кейт Нерке, соавтор исследования. "Во многих случаях она абсолютно центральна. Рост и падение уровня кальция — это молекулярные часы, которые определяют время выполнения важных процессов, например, регулярного и скоординированного биения нашего сердца".

Нерке и ведущие авторы Эллисон Л. Эбботт и Бенедикт Дж. Кемп сделали открытие, изучая негламурный, но идеальный с научной точки зрения объект — экскременты червей.

Черви производят свой собственный вес в эмбрионах каждый день, что требует огромного потребления калорий. В результате быстрого питания они много и быстро испражняются — каждые 50 секунд. Точность этого биологического ритма критически важна для здоровья и зависит от определённой последовательности событий.

Ритмичный процесс запускается всплеском кальция в клетках заднего конца кишечника. Этот начальный всплеск запускает волну кальция по остальной части кишечника, стимулируя мышечные сокращения и выталкивая отходы из тела червя. Команда задалась вопросом: что гарантирует, что волна всегда начинается в правильном месте — в задней части кишечника, а не в середине или передней?

"Это как домино, выстроенные в ряд", — говорит Эрик Аллман, соавтор исследования. "Мы хотели выяснить, что даёт 'толчок', который опрокидывает первую костяшку и запускает последовательность".

Анализ команды показал, что для плавного протекания всего процесса удаления отходов необходима молекула микроРНК — microRNA-786. Она присутствует в двух самых задних кишечных клетках червей и маркирует эти клетки как водители ритма (пейсмейкеры). Эти клет-водители диктуют, когда и где происходит первичный кальциевый всплеск, активируя движение отходов. Когда команда удалила microRNA-786 у червей, процесс нарушился: кальциевая волна начиналась не в том месте, а цикл дефекации становился нерегулярным и более длительным.

"Как биолога развития меня интересует, как клетки становятся отличными друг от друга", — говорит Эбботт. "Эта микроРНК действует так, чтобы сделать задние клетки отличными от их соседей, изменяя активность кальциевой сигнализации. Это различие позволяет этим клеткам функционировать как водитель ритма".

"Что действительно захватывает, так это то, что эта конкретная микроРНК, по-видимому, оказывает тонкий эффект", — добавляет Нерке. "Поскольку кальциевая сигнализация так повсеместна, важно понимать, что именно тонкая настройка её работы может помогать различать её многочисленные биологические функции. Следующий шаг — выяснить, оказывает ли эта конкретная микроРНК аналогичное влияние на процессы кальциевой сигнализации у людей, как и у червей".