Как клетки-«паразиты» становятся яйцеклетками: открыт ключевой механизм
Учёные из Northwestern Medicine выяснили, как цитоскелетные белки способствуют росту развивающихся яйцеклеток у плодовых мушек. Открытие углубляет понимание того, как формируются яйцеклетки и дифференцируются от других клеток-сестёр. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ооциты (развивающиеся яйцеклетки) образуются из группы клеток-сестёр в яичнике, когда одна клетка становится ооцитом, а остальные — «клетками-няньками», снабжающими её «строительными материалами»: мРНК, белками и органеллами. Клетки-няньки питают ооцит, а затем отмирают в процессе развития.
Механизм «победитель получает всё»
«Мы называем это "победитель получает всё". Эти взаимосвязанные клеточные структуры высококонсервативны; этот процесс можно наблюдать от плодовых мушек (нашей модельной системы) до млекопитающих, включая человека», — пояснил первый автор исследования Вэнь Лу.
Однако механизмы этого процесса были плохо изучены. Лаборатория Владимира Гельфанда исследовала этот вопрос, используя культивированные яичники плодовых мушек, которые разделяют около 75% ДНК с человеком и имеют сходные процессы клеточного развития.
Роль микротрубочек и моторного белка
«По сути, эти ооциты — паразиты. Они не производят белки; всё делается в клетках-няньках и перекачивается в ооцит по микротрубочкам — крошечным грузовым путям — с помощью молекулярного мотора цитоплазматического динеина», — объяснил Гельфанд.
С помощью визуализации в реальном времени учёные обнаружили, что ооцит генерирует большее количество микротрубочек — внутриклеточных «магистралей» для транспорта ресурсов от клеток-нянек.
У плодовых мушек рост микротрубочек регулируется геном mini spindles (Msps), гомологом человеческого белка XMAP215. Учёные обнаружили, что мРНК Msps, несущая инструкции для производства белка Msps, концентрируется именно в ооците. Подавление этой мРНК негативно влияло на развитие микротрубочек и рост клетки.
Положительная обратная связь
С помощью одно-молекулярной флуоресцентной гибридизации in situ было установлено, что моторный белок динеин отвечает за накопление мРНК Msps в ооците. Удаление динеина уменьшало количество мРНК и останавливало нормальное развитие клетки.
Таким образом, Msps и динеин образуют динамичный дуэт, управляющий специализацией и развитием ооцита. Динеин доставляет больше мРНК Msps в ооцит, эта мРНК производит больше белка Msps, который, в свою очередь, создаёт больше микротрубочек для мотора динеина. Так формируется положительная обратная связь, усиливающая развитие ооцита.
Значение и будущие исследования
«Идентичность ооцита — ключевой вопрос биологии развития. Важно знать, что участвует в определении ооцита из 16 взаимосвязанных клеток, из которых он рождается, потому что это самая первая стадия развития. Полезно знать, что микротрубочки и микротрубочковые моторы — ключевая часть этого», — отметил Гельфанд.
Дальнейшие исследования будут сосредоточены на факторах, определяющих, какие клетки становятся ооцитами. «Мы хотим понять механизм. Достаточно ли транспорта Msps в клетку, чтобы определить её как ооцит? Если мы закачаем его в клетку, которая не должна быть ооцитом, сможем ли мы её преобразовать? С помощью оптогенетики мы попытаемся склонить чашу весов и изменить судьбу клетки», — заключил учёный.