Расшифровка метаморфоза медуз

Как один геном создает два совершенно разных плана строения тела у одного животного? Именно на этот вопрос пытался ответить Константин Халтурин, начав работу над медузами. История, которую он обнаружил, отвечает на вопросы о регуляции метаморфоза — превращения животного из одной физической формы в другую — у лунной медузы Aurelia aurita. В выпуске Current Biology от 3 февраля Халтурин и коллеги из Зоологического института в Киле (Германия) описали новый гормон, ответственный за метаморфоз у медуз, и связали его с общим путем в биологии развития, встречающимся у более сложных животных.

На ранней стадии развития медузы существуют в форме полипа — неподвижной формы, которая прикрепляется ко дну океана и размножается бесполым путем. Когда температура океана падает в зимние месяцы на определенное время, полипы начинают метаморфоз: отдельные слои полипа отпочковываются и начинают превращаться в знакомую форму медузы. Этот процесс называется стробиляцией, а полип на этой стадии называется стробилой. Гены, ответственные за метаморфоз между полипом и медузой, оставались загадкой до сих пор.

Исследователи начали с того, что стали кормить полипов переходной стробилой (активно почкующейся частью), чтобы проверить, есть ли в стробиле какое-то вещество, способное индуцировать метаморфоз. Данные подтвердили это предположение: полипы, которых кормили стробилой, претерпевали метаморфоз без необходимого в норме падения температуры. Ученые определили, что некое вещество, способное перемещаться из стробилы в окружающий полип, индуцирует метаморфоз, что дало им подсказку, какой тип гена следует искать.

Следующим шагом был поиск генов, экспрессирующихся исключительно в фазе стробилы. Они выявили три отличных кандидата. Один из них, названный CL390, соответствовал всем требованиям: он экспрессировался на стадии стробилы, включался при падении температуры воды, и его экспрессия усиливалась по мере продолжения холодов.

Исследователи заметили, что существует порог времени, в течение которого температура воды должна быть низкой, чтобы полипы начали метаморфоз. Они предположили, что это предотвращает слишком ранний переход полипов в медузы зимой, когда источников пищи может быть недостаточно. CL390, по-видимому, действовал как таймер, сообщая полипу, когда температура была низкой достаточно долго, то есть зима почти закончилась и пора начинать метаморфоз. Когда экспрессия CL390 достигала порога в 15 раз выше, чем на стадии полипа, метаморфоз происходил, даже если исследователи возвращали полипы к более высокой температуре.

Ученые также обнаружили связь между метаморфозом и ретиноевой кислотой — соединением, производным витамина А, необходимого для развития во всем животном мире. Они связали роль ретиноевой кислоты и одного из ее ядерных гормональных рецепторов с геном CL390, продемонстрировав, что некоторые общие черты развития животных более высокого порядка сохранились у этих гораздо более простых животных.

Халтурин недавно присоединился к подразделению Marine Genomics Unit в OIST и продолжает работу над Aurelia aurita с целью дальнейшего понимания своего первоначального вопроса: как один геном создает два плана строения тела? Помимо вклада в понимание метаморфоза, эта работа имеет практическое применение. Поскольку был идентифицирован один из ключевых элементов, ответственных за превращение полипов в медуз, возможно, эту информацию можно использовать для предотвращения цветения медуз, ставшего обычным явлением в последние годы и способного опустошать популяции рыб.