Биологи выяснили, как формируется голова лягушки
Российские биологи изучили белок Noggin4, играющий ключевую роль в формировании головы у шпорцевой лягушки (Xenopus laevis). Результаты работы, опубликованные в Scientific Reports, расширяют понимание запускающих эмбриогенез процессов и могут помочь в поиске новых способов использования этого белка для регуляции биологических процессов, включая манипуляции со стволовыми клетками.
- Noggin — семейство секретируемых белков. «Классический» Noggin (Noggin1) является супрессором, ингибирующим сигнальные белки BMP, которые организуют построение тканей в организме.
- В новом исследовании учёные из ИБХ РАН обнаружили, что важнейший представитель семейства — Noggin4, ответственный за формирование головы эмбриона, способен связываться только с белками Wnt-каскада. Эта каскадная система контролирует эмбриогенез, дифференцировку клеток и развитие злокачественных опухолей.
- «Noggin4 не похож на своих родственников. В отличие от Noggin1 и Noggin2, он не способен связываться с белками, организующими построение тканей, а связывается только с теми, что отвечают за развитие эмбриона», — поясняет к.б.н. Фёдор Ерошкин.
Ход исследования и ключевое открытие:
- Математическое моделирование показало, что Noggin4 способен влиять на градиент Wnt и, следовательно, на регулируемые им эмбриональные процессы.
- Гипотезу проверили экспериментально на эмбрионах лягушек: искусственное подавление экспрессии Noggin4 привело к изменению градиента Wnt и вызвало серьёзные дефекты развития головы.
- Было обнаружено, что Noggin4 лишён гепарин-связывающей части, которая есть у большинства сигнальных белков (морфогенов) и замедляет их распределение в ткани, связывая с внеклеточным матриксом.
- Благодаря этому Noggin4 диффундирует на два порядка быстрее, чем Noggin1 и Noggin2. Это позволяет белку распространяться в эмбрионе на относительно большее расстояние от места его образования.
Значение работы:
- Для супрессоров Wnt-сигнала впервые найден партнёр, который диффундирует намного быстрее других белков-сенсоров, что важно для коммуникации клеток и их пространственного позиционирования в эмбрионе.
- На основе данных о диффузии Noggin4 и его связывании с Wnt8 предложена математическая модель регуляции активности Wnt в эмбрионе.
- Результаты могут помочь в целенаправленной регуляции Wnt-зависимых биологических процессов, например, при дифференцировке стволовых клеток.