Обнаружен ген молодости Chinmo у насекомых

Исследование, опубликованное в eLife под руководством Института эволюционной биологии (IBE, CSIC-UPF) и IRB Barcelona, выявило, что ген Chinmo отвечает за установление ювенильной (личиночной) стадии у насекомых. Также подтверждена регуляторная роль генов Br-C и E93 в достижении зрелости. Эти гены, присутствующие и у человека, действуют как промотор и супрессор раковых процессов соответственно.

Исследование, проведённое на плодовой мушке Drosophila melanogaster и таракане Blatella germanica, показывает, что данные гены консервативны в эволюции насекомых и могут играть ключевую роль в эволюции метаморфоза.

Гены Chinmo, Br-C и E93 — стрелки биологических часов насекомых

У насекомых с полным превращением (например, мух) развитие включает три стадии: эмбрион, личинка (ювенильная стадия) и куколка (стадия метаморфоза и формирования взрослой особи).

Ранее было установлено, что ген Br-C определяет формирование куколки. В 2019 году та же команда IBE описала ключевую функцию гена E93 в завершении метаморфоза и созревании тканей взрослого организма. Ген, определяющий ювенильную стадию, оставался неизвестным. Теперь им идентифицирован ген Chinmo.

Удаление гена Chinmo у Drosophila привело к тому, что насекомые переходили в стадию куколки, минуя полноценную ювенильную стадию, и становились взрослыми раньше срока. Это подтверждает, что Chinmo необходим для ювенильного развития.

«Мы обнаружили, что Chinmo способствует росту тканей на ювенильной стадии Drosophila, сохраняя клетки недифференцированными. Пока экспрессируется Chinmo, клетки не могут дифференцироваться, так как ген подавляет действие генов, ответственных за формирование взрослых тканей», — говорит соавтор исследования доктор Ксавье Франч (IBE, CSIC-UPF).

Таким образом, для перехода от ювенильной стадии к куколке и успешного метаморфоза ген Chinmo должен быть инактивирован. Последовательное действие трёх генов — Chinmo (личинка), Br-C (куколка) и E93 (взрослая особь) — координирует формирование различных органов взрослого организма.

Гены-регуляторы роста играют ключевую роль в раковых процессах

Chinmo и Br-C относятся к семейству транскрипционных факторов BTB-ZF — белков, вовлечённых в рак и также присутствующих у человека. Хотя ранее было показано, что Chinmo является онкогенным промотором, роль Br-C и E93 в онкологии была неизвестна.

«Понимание молекулярных механизмов роста клеток помогает лучше понять процессы канцерогенеза. Здоровые клетки растут, дифференцируются и созревают. В отличие от них, раковые клетки растут бесконтрольно, не дифференцируются и не созревают. Определение роли Chinmo, Br-C и E93 может быть ключевым для будущих клинических исследований», — отмечает соавтор работы доктор Жорди Касанова (IRB Barcelona).

Исследование показывает, что Chinmo действует как онкогенный промотор, стимулируя рост тканей и предотвращая дифференцировку, тогда как Br-C и E93 служат супрессорами опухолей, активируя созревание тканей.

Chinmo раскрывает эволюцию метаморфоза

Полный метаморфоз у таких насекомых, как бабочки и мухи, — эволюционная инновация, возникшая постепенно от насекомых с более простым превращением, например, тараканов. Чтобы понять этот процесс, учёные проанализировали функцию Chinmo, Br-C и E93 у тараканов.

«Анализ функции этих генов у разных видов насекомых позволяет увидеть, как работает эволюция. Тот факт, что функция Chinmo консервативна у столь эволюционно далёких насекомых, как мухи и тараканы, даёт нам ключи к пониманию происхождения метаморфоза», — объясняет соавтор исследования доктор Давид Мартин (IBE, CSIC-UPF).

Результаты показывают, что регуляторного действия Chinmo и E93 у более базовых насекомых (таракан) достаточно для определения перехода от ювенильной к взрослой форме. Однако появление гена Br-C позволило развиться куколке и возникнуть полному метаморфозу через новую стадию у таких насекомых, как мухи.