Эволюция осевого паттернинга

Тело развивается по молекулярным системам координат — осям, вдоль которых активируются регуляторные гены. Эти гены, в свою очередь, запускают развитие анатомических структур в правильных местах эмбриона. У многих организмов главная ось тела регулируется сигнальным путем β-катенина.

В новой статье в Nature Communications исследовательская группа под руководством Григория Гениховича из Венского университета обнаружила, что способ, которым главная ось тела морского анемона Nematostella vectensis формируется разной интенсивностью сигналинга β-катенина, похож на таковой у морских ежей и позвоночных. Это позволяет предположить, что данный механизм осевого паттернинга существовал уже около 650 миллионов лет назад.

Сигнальный путь β-катенина как древнейшая система

β-катенин-зависимый паттернинг оси, по-видимому, является самой древней системой её регуляции. Чтобы понять, как он работал у предков, учёные исследовали морского анемона из группы стрекающих (Cnidaria) — эволюционной сестринской группы по отношению к двусторонне-симметричным (Bilateria), к которым относятся млекопитающие, морские ежи, моллюски и насекомые.

Целью было выяснить, похож ли механизм формирования главной оси у анемона на механизм у некоторых Bilateria. Если да, то можно предположить, что этим же механизмом пользовался и общий предок Cnidaria и Bilateria.

Сходства в механизме формирования паттерна

Исследователи обнаружили, что сигналинг β-катенина у анемона активирует ряд генов транскрипционных факторов на будущем оральном (ротовом) конце эмбриона. Области экспрессии этих генов образуют регулярный паттерн вдоль орально-аборальной оси. Это достигается за счёт того, что гены-мишени β-катенина, экспрессирующиеся ближе к оральному полюсу, подавляют гены, экспрессирующиеся ближе к аборальному, постепенно ограничивая изначально глобальную аборальную идентичность.

Эта регуляторная логика поразительно похожа на то, как некоторые билатерии (например, морские ежи, полухордовые и позвоночные) формируют свою задне-переднюю (постеро-антериорную) ось.

Более того, набор вовлечённых в осевой паттернинг β-катенин-зависимых транскрипционных факторов у морского анемона и морского ежа практически идентичен.

Выводы

Исследователи пришли к выводу, что обнаруженный механизм, вероятно, представляет собой предковый способ β-катенин-зависимого осевого паттернинга, а орально-аборальная ось стрекающих соответствует задне-передней оси двусторонне-симметричных животных.

«Из этого мы делаем вывод, что животные, включая последнего общего предка стрекающих и билатерий, уже использовали этот механизм осевого паттернинга примерно 650 миллионов лет назад», — говорит Григорий Генихович.