Обнаружен регуляторный процесс масштабирования органов
Новое исследование раскрыло механизм, благодаря которому плодовые мушки развиваются с сохранением постоянных пропорций тела. Работа, проведённая группой профессора Маркуса Аффольтера из Биоцентра Базельского университета и группой Свена Бергмана с кафедры медицинской генетики Университета Лозанны, показала, что морфоген Dpp и регулятор обратной связи Pentagone являются ключевыми факторами, отвечающими за пропорциональный рост тканей в крыльях плодовой мушки. Этот процесс поддерживает постоянство плана строения тела Drosophila. Результаты исследования, опубликованные 25 октября в открытом онлайн-журнале PLoS Biology, могут быть важны и для роста органов у других организмов.
Одним из самых интересных и загадочных вопросов в биологии развития является понимание того, как организмы развиваются от эмбриона до взрослой особи, сохраняя постоянные пропорции тела из поколения в поколение. Внешние факторы, такие как питание и температура, влияют на общий размер организма, но не затрагивают пропорции тела. Например, рыбы в слишком маленьких аквариумах просто растут пропорционально меньше, а мухи в условиях голодания имеют пропорционально меньшие головы, брюшки, ноги и крылья. Явление сохранения пропорций во время роста называется «масштабированием» и изучается десятилетиями. Однако до недавнего времени механизм масштабирования был плохо понятен.
В попытке решить открытые вопросы о масштабировании группы Аффольтера и Бергмана сделали большой шаг вперёд. В новом исследовании они анализируют процесс масштабирования крыла Drosophila, а точнее — имагинального диска крыла, предшественника ткани взрослого крыла. Используя комбинацию экспериментальных и математических подходов, они смогли показать, что морфоген Decapentaplegic (Dpp) играет центральную роль в регуляции и масштабировании роста и паттернирования крыла через регуляцию Pentagone. Морфоген вызывает различные клеточные ответы в зависимости от своей концентрации. Было обнаружено, что по мере роста диска ответ на Dpp расширяется и масштабируется с размером ткани. Естественно, сам морфоген нуждается в регуляции и контроле. В этом исследовании Pentagone, одна из недавно открытых мишеней транскрипции Dpp, был идентифицирован как первый негативный регулятор обратной связи, ответственный за масштабирование. Таким образом, масштабирование в крыле достигается благодаря петле обратной связи между сигнальной активностью Dpp и его регулятора Pentagone. Кроме того, группы также показали, что масштабирование не является идеальным во всех позициях во время роста диска крыла, и что масштабирование доменов генов-мишеней лучше всего там, где они выполняют функцию.
Группы использовали крыло плодовой мушки Drosophila в качестве модели для количественного изучения масштабирования во время роста. Подобно связи микро- и макроуровня — термину, используемому в социальных науках — масштабирование определяется как сохранение пропорций доменов экспрессии генов относительно размера ткани во время роста. Другими словами, пропорции, найденные на микроуровне экспрессии генов, обнаруживаются на макроуровне формирования крыла.
«Более глубокое понимание молекулярного контроля масштабирования будет иметь большие последствия для понимания того, как природа создала такие устойчивые планы строения тела», — поясняет Аффольтер.