Время решает всё: учёные описали генетический механизм развития половых клеток

Крошечные нематоды C. elegans (длиной 1 мм) живут всего 2–3 недели, а их половая зрелость длится лишь 4 дня. Несмотря на это, за этот короткий срок они производят более 300 потомков. Для реализации такой интенсивной программы развития множество процессов в их клетках должно быть синхронизировано. Генетики из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) расшифровали ключевой сигнальный путь, который кодирует и контролирует эти процессы. Их исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Для размножения C. elegans должны производить гаметы — мужские сперматозоиды и женские яйцеклетки. Они развиваются из недифференцированных стволовых клеток. «Функциональные половые клетки уникальны, поскольку содержат не двойной, а одинарный набор хромосом и более не способны к делению», — поясняет профессор Кристиан Р. Экманн, генетик развития из MLU.

Развитие гамет требует параллельной и точной координации нескольких программ:

• Уменьшение генетического материала исходных клеток вдвое в процессе мейоза.
• Половое дифференцирование на мужские и женские клетки.
• Масштабная внутриклеточная реорганизация.

Эти процессы контролируются РНК-связывающими белками в цитоплазме, которые регулируют избирательную активацию генов. Для превращения стволовой клетки в половую два специфических РНК-связывающих белка (CPB-3 и GLD-1) должны быть уничтожены, чтобы перестроить генетическую программу клетки.

Исследователи из Галле обнаружили, что центральную роль в этом играет известный сигнальный путь MAP-киназы. «Через этот молекулярный путь инициируется каскад деградации белков, в конце которого целевые белки CPB-3 и GLD-1 распознаются, инактивируются и разрушаются», — резюмирует Экманн.

Учёные показали, что этот процесс запускается на очень ранней стадии мейоза и по времени совпадает с началом половой дифференцировки женских половых клеток, что обеспечивает оптимальную координацию процессов.

«Особенность в том, что здесь задействованы известные молекулы с долгой эволюционной историей, которые ранее изучались как супрессоры опухолеобразования в контексте нормального клеточного деления. У C. elegans эти молекулы были интегрированы инновационным способом. Процессы были адаптированы и скоординированы во времени для обеспечения оптимизированного и быстрого производства половых клеток», — отмечает Экманн.

Полученные данные позволяют предположить, что аналогичная генетическая программа может работать и в половых клетках других, более сложных организмов, хотя и в менее сжатой временной форме.