Как морские звёзды обретают симметрию

Исследование, опубликованное 4 ноября в журнале Current Biology, раскрывает, как белок Dishevelled помогает создать начальную полярность в первой клетке животного, которая устанавливает ось симметрии для развивающегося организма. Работа проведена постдоком Института Уайтхеда Заком Свартцем, лабораторией члена института Иэна Чизмена и сотрудниками из MIT, Университета Майами и Морской биологической лаборатории.

Все многоклеточные организмы начинаются с одной клетки — ооцита, предшественника яйцеклетки. «Как создаётся этот многофункциональный план тела — один из самых глубоких вопросов в биологии развития», — говорит Свартц.

Для изучения этого процесса исследователи использовали морскую звезду Patiria miniata (бат стар). Взрослые особи обладают радиальной симметрией (обычно 5 лучей), но их личинки — билатеральной, как у человека. Эта зеркальная симметрия закладывается уже на стадии ооцита.

Ключевую роль играет белок Dishevelled, компонент эволюционно древнего сигнального пути Wnt (он есть у медуз, морских звёзд и человека). В ооците морской звезды Dishevelled локализуется на вегетативном («нижнем») полюсе клетки, который станет задним концом эмбриона.

С помощью видеосъёмки в реальном времени учёные визуализировали перемещение Dishevelled. В фазе покоя ооцита белок равномерно распределён в виде мелких агрегатов в цитоплазме. Однако при подготовке к делению эти агрегаты растворяются, а затем заново формируются исключительно на нижнем полюсе клетки, создавая чёткую разницу между её концами.

Исследователи исключили несколько классических механизмов транспорта белка: он не перемещается по цитоскелету («рельсам» клетки), не переносится цитоплазматическими течениями и не отталкивается от «верхнего» полюса. Процесс напоминает растворение и последующую кристаллизацию соли: агрегаты Dishevelled сначала растворяются на составляющие, а затем избирательно собираются заново в нужной области.

Точный механизм этого процесса пока не ясен. Известно, что повторная сборка требует присутствия другого белка пути Wnt — Frizzled, но он распределён по всей клетке, значит, не он единственный управляет процессом.

В будущем Свартц планирует выяснить, являются ли агрегаты Dishevelled строгими структурами или же это фазово-разделённые капли, подобные тем, что изучаются в других лабораториях Института Уайтхеда. Также важно понять их полный молекулярный состав.

Это открытие проливает свет на ранее загадочный этап, показывая, как путь Wnt участвует в раннем паттернировании тела у морских звёзд. «Способность активировать этот путь в selective parts of the early embryo, интерпретируя полярность, заложенную в ооците, может быть критически важной чертой эволюции плана тела животных», — заключает Свартц.