Расшифровка тонкой нейроэндокринной регуляции в процессе развития
Развитие, рост и размножение строго регулируются у всех животных. Одним из ключевых компонентов этих процессов является точное действие стероидных гормонов. В новом исследовании учёные из Университета Цукубы раскрыли регуляторный путь, контролирующий биосинтез экдистероида — стероидного гормона у плодовой мушки Drosophila melanogaster, — который позволяет корректировать размер тела при переходе от стадии роста к созреванию.
Стероидные гормоны критически важны для роста и созревания. Поскольку разные стадии развития требуют различного количества стероидных гормонов, центральная нервная система строго регулирует их синтез. У Drosophila один из таких механизмов контроля включает выработку проторацикотропного гормона (PTTH), который, как известно, важен для поддержания низкого, или базального, уровня экдистероидов, а также для стимуляции высокого уровня его производства в определённые моменты времени для обеспечения правильного развития.
«Количество производимого стероидного гормона определяет его функцию, — говорит старший автор исследования профессор Рюсукэ Нива. — Базальные уровни экдистероида важны для торможения роста личинки, в то время как пиковые уровни способствуют созреванию позже. Цель нашего исследования — углубить понимание того, какие механизмы модулируют активность PTTH для базального биосинтеза экдистероида».
Для достижения цели исследователи использовали флуоресцентную микроскопию и обнаружили, что нейроны, продуцирующие коразонин (Crz), физически контактируют с нейронами, производящими PTTH. Затем они использовали электронную микроскопию для детального изучения связи между этими нейронами. Они обнаружили, что между Crz-нейронами и PTTH-нейронами присутствуют сайты слияния так называемых плотных коровых везикул (DCV), в которые, как известно, упаковываются нейроактивные пептиды, — это предполагает, что они взаимодействуют друг с другом.
Деактивация Crz-нейронов привела к увеличению размера куколки, но не повлияла на время перехода от личинки к куколке. Интересно, что личинки с подавленной активностью Crz-нейронов росли быстрее на стадии L3, которая является последней личиночной стадией у Drosophila.
«Эти результаты показывают, как Crz-нейроны контролируют рост на стадии L3, — говорит первый автор исследования Эйсукэ Имура. — Используя анализ методом жидкостной хроматографии/масс-спектрометрии 20-гидроксиэкдизона, активной формы экдистероида, мы также обнаружили, что Crz-нейроны контролируют время базального биосинтеза экдистероида. Мы хотели выяснить, что происходит на молекулярном уровне в середине стадии L3 и как регулируются сами Crz-нейроны».
С помощью флуоресцентной микроскопии исследователи изучили молекулы-мишени сигнального пути Crz и обнаружили, что рецепторы Crz на PTTH-нейронах присутствуют в более высоких уровнях в середине стадии L3 (стадия питания личинок), чем в конце стадии L3 (стадия ползания личинок). Визуализируя уровни кальция, которые отражают опосредованную рецептором Crz сигнализацию, исследователи дополнительно подтвердили, что Crz-нейроны влияют на PTTH-нейроны только в середине стадии L3. В поиске молекул, регулирующих сигнализацию Crz, учёные обнаружили, что отсутствие октопамина, нейромедиатора, воспроизводит эффекты деактивации Crz-нейронов.
«Это поразительные результаты, показывающие, что Crz является ключевой молекулой для регулирования размера тела на личиночной стадии, — говорит профессор Симада-Нива, корреспондирующий автор исследования. — Наши данные дают новое представление о нейрональной оси, регулирующей рост и созревание в процессе развития».