Развитие органов координируется с организмом на ключевых этапах

Исследовательская группа под руководством Кристен Мёрт из Института Гульбенкяна де Сьенсия (Португалия) обнаружила, что развитие крыльев у плодовых мушек (Drosophila melanogaster) не происходит синхронно с развитием всего организма. Вместо этого оно координируется с телом только в определённые "вехи". Исследование, опубликованное в PLOS Genetics, помогает объяснить, как организм, сталкиваясь с внешними и физиологическими возмущениями, сохраняет способность формировать правильно функционирующие органы и ткани в пропорциональном взрослом теле.

Для растущего организма важна устойчивость процессов развития, обеспечивающая правильное формирование органов даже при внешних воздействиях. Чтобы достичь этой устойчивости, процессы формирования отдельных органов должны быть интегрированы в масштабах всего тела. Учёные решили изучить эту координацию на примере плодовой мушки. Ювенильный период у неё включает три личиночные линьки, стадию "блуждания" (когда личинка покидает пищу) и окукливание (pupariation). Исследователи сосредоточились на этих событиях, чтобы понять, как развитие крыльев координируется с развитием личинки.

Учёные сначала проанализировали экспрессию шести генов, участвующих в развитии крыльев, в нормальных условиях роста (при 25ºC) и создали детальную схему стадий. Затем они изменили температуру (18ºC и 29ºC), чтобы повлиять на рост личинок, и сравнили скорость развития крыльев с развитием тела. Хотя известно, что мухи растут быстрее при более высокой температуре, исследователи обнаружили, что развитие крыльев было медленнее при 29ºC по сравнению с нормальными условиями или температурой 18ºC.

"Этот результат удивил нас, так как мы явно наблюдали задержку в развитии крыльев у личинок на стадии блуждания, но их развитие ускорялось к моменту окукливания. Это означает, что развитие демонстрирует вариабельность в своём течении, но сходится на этапе окукливания", — объясняет Мариса Оливейра, первый автор исследования.

Далее учёные изменили физиологию личинок, воздействуя на гормон экдизон, который регулирует ключевые события развития. Аналогично температурным манипуляциям, при изменении времени синтеза экдизона развитие крыльев сначала шло медленно, но затем ускорялось, чтобы достичь координации на стадии окукливания.

Эти результаты подтверждают гипотезу, согласно которой развитие крыльев у плодовой мушки синхронизируется с развитием всего тела в две ключевые "вехи": линьку и окукливание.

"Этой работой мы предлагаем новую парадигму для понимания координации между органами и телом во время развития. Мы предполагаем, что организмы достигают этой координации не путём непрерывной, а дискретной коммуникации, сфокусированной на этапах развития", — заключает Мариса Оливейра.

"Следующая задача — понять природу этой коммуникации на ключевых этапах", — добавляет Кристен Мёрт.