Учёные зафиксировали, как яйцеклетка морской звезды избавляется от центриолей для жизнеспособности эмбриона
Учёные из EMBL впервые в реальном времени полностью наблюдали, как яйцеклетка избавляется от своих центриолей — структур, играющих ключевую роль в делении клетки, — чтобы обеспечить правильное развитие эмбриона. Исследование опубликовано в Journal of Cell Biology.
При оплодотворении простое объединение генетического материала двух клеток привело бы к катастрофе: удвоению ДНК в каждом поколении. Чтобы этого избежать, половые клетки уменьшают свой генетический набор. Аналогичная проблема возникает с центриолями.
Центриоли служат якорями для веретена деления, которое разделяет генетический материал. Если в оплодотворённой яйцеклетке окажутся центриоли и от яйцеклетки, и от сперматозоида, генетический материал будет "растаскиваться" в слишком многих направлениях и распределится неравномерно, что, вероятно, сделает эмбрион нежизнеспособным. Поэтому у животных перед оплодотворением центриоли яйцеклетки устраняются, и эмбрион получает центриоли только от сперматозоида.
При делении клетки каждый "якорь" — это пара центриолей: зрелая "материнская" и незрелая "дочерняя".
"Материнские центриоли известны своей невероятной стабильностью", — говорит руководитель работы Пётер Леньярт из EMBL.
Чтобы выяснить, как яйцеклетка избавляется от таких устойчивых структур, аспирант лаборатории Леньярта Жоана Пинто разработала флуоресцентные метки для материнских и дочерних центриолей в яйцеклетке морской звезды и зафиксировала весь процесс их устранения.
Она обнаружила, что яйцеклетка выбрасывает обе материнские центриоли в два "полярных тельца", которые также служат "свалкой" для избыточного генетического материала. Одна дочерняя центриоль также увлекается в полярное тельце, оставляя вторую дочернюю центриоль в одиночестве в яйцеклетке.
"Похоже, если эта дочерняя центриоль остаётся одна, она становится нестабильной и разрушается", — говорит Пинто. — "Но если мы оставим материнскую центриоль в клетке, она не разрушится, и в оплодотворённой яйцеклетке сформируется трёхполюсное веретено, которое не сможет правильно разделиться".
Благодаря электронной микроскопии, разработанной в лаборатории Янника Шваба в EMBL, учёные выяснили, что материнские центриоли выбрасываются в полярные тельца с помощью небольших отростков (аппендиксов), которые центриоли приобретают по мере созревания. Данные свидетельствуют, что эти отростки направляют материнские центриоли к клеточной мембране для последующего выброса.
Учёные планируют глубже изучить механизмы транспортировки и выброса материнских центриолей, а также исследовать, как и почему разрушаются изолированные дочерние центриоли.
"Яйцеклетки невероятно разнообразны — подумайте о курицах, лягушках, морских звёздах — поэтому я сомневаюсь, что этот процесс абсолютно одинаков у всех животных", — говорит Леньярт. — "Но в основе этого разнообразия лежат консервативные модули, такие как центриоли. Понимая молекулярную логику того, как эти модули могут комбинироваться разными способами, мы можем начать реконструировать, как это разнообразие эволюционировало".