Новые данные о формировании оси тела
В животном мире развитие оси тела контролируется специфическими факторами роста. Эти сигнальные молекулы производятся небольшой группой клеток на одном конце эмбриона и распределяются градиентом к противоположному полюсу. Этот процесс создаёт дискретные пространственные паттерны, определяющие правильное формирование оси «голова–нога». Исследовательская группа Центра изучения организмов Гейдельбергского университета обнаружила у пресноводного полипа гидра фермент, который критически важен для этого процесса, ограничивая активность определённых факторов роста.
Особую роль в формировании паттернов первичной оси тела играют белки сигнального пути Wnt. Белки Wnt, возникшие на ранних этапах эволюции, считаются универсальными факторами развития. «Нерегулируемая активность факторов Wnt может вызывать серьёзные пороки развития эмбриона и приводить к таким заболеваниям, как рак», — поясняет профессор Озбек.
Исследователи обнаружили у гидры фермент, способный расщеплять и тем самым деактивировать белки Wnt. Гидра — базальный многоклеточный организм типа стрекающих, давно используемый как модельный для изучения организатора Шпемана–Мангольда, эмбрионального сигнального центра, ответственного за формирование продольной оси тела. Белки Wnt, ответственные за этот процесс, постоянно производятся в ротовой области взрослого полипа для поддержания оси тела.
Было установлено, что новый фермент HAS-7 образуется в кольцевой зоне ниже венчика щупалец гидры. Эта область отделяет голову от тела. Если экспериментально прервать производство HAS-7, подавив экспрессию гена, спонтанно развивается полностью сформированная вторая голова и вторая ось тела. По словам профессора Озбека, нечто подобное происходит при искусственном производстве белков Wnt во всём теле животного.
В сотрудничестве с группой профессора Вальтера Штёкера из Университета Майнца исследователи показали, что фермент HAS-7 способен специфически расщеплять белок Wnt, подавляя его активность за пределами головы. Без этого ингибиторного механизма Wnt, исходящий из головы, «заливает» тело, создавая двухголовое животное. Фермент HAS-7 принадлежит к семейству протеаз астацинов, впервые идентифицированных у раков. «Члены семейства протеаз астацинов также обнаружены у высших позвоночных. Поэтому вероятно, что мы нашли механизм, который может играть роль и у человека», — заявляет профессор Хольштайн.
В последующем проекте в рамках Коллаборативного исследовательского центра 1324 «Механизмы и функции передачи сигналов Wnt» исследователи совместно с профессором Ирмгард Зиннинг из Биохимического центра Гейдельбергского университета изучат молекулярный механизм расщепления Wnt астацином. «Мы надеемся найти указания на точку атаки в белке Wnt», — говорит профессор Озбек.
Помимо исследователей из Гейдельберга, в работе участвовали учёные из Немецкого центра исследования рака, Университета Майнца, Университета Инсбрука (Австрия), Медицинского центра Лейденского университета (Нидерланды) и Университета Манитобы (Канада). Финансирование было предоставлено, среди прочего, Немецким исследовательским фондом и Канадскими институтами исследований в области здравоохранения. Результаты исследования опубликованы в журнале BMC Biology.