Новое исследование на плодовых мушках раскрывает ключевые аспекты распределения питательных веществ в эмбрионе

Известно, что яйцеклетка матери содержит обилие питательных веществ, необходимых для развития эмбриона. Однако важно ли, в каких именно клетках эмбриона эти вещества хранятся?

Серия работ профессора Майкла Вельте из Рочестерского университета, выполненных при ведущей роли бывшего аспиранта Маркуса Килвейна, исследует этот вопрос на стыке биологии развития и метаболизма.

Сегрегация белков, жиров и углеводов

В первой статье (Development) учёные изучили три основные категории питательных веществ в яйцах дрозофилы: белки, жиры и углеводы. Эти вещества хранятся в тысячах микроскопических единиц, причём каждый тип упакован отдельно.

Сразу после оплодотворения все три типа питательных единиц распределены по всему яйцу. Однако в течение четырёх часов жиры и белки сегрегируют в разные типы клеток. Исследователи обнаружили, что углеводы также отделяются от жиров и попадают в те же клетки, что и белки. Для этого жиры и углеводы должны двигаться независимо друг от друга.

Было установлено, что белок, присутствующий на липидных каплях (единицах хранения энергии в форме жиров), необходим для разделения жиров и углеводов. При его отсутствии эти два типа единиц связываются друг с другом, не сегрегируют и в итоге попадают вместе с белками в одну клетку. В результате эмбрион не может эффективно использовать жиры, что пагубно сказывается на его развитии.

Важность отделения жиров для развития эмбриона

Во второй работе (PLoS Genetics) Вельте исследовал, почему так важно отделение жиров от углеводов и белков. Было обнаружено, что такая сегрегация происходит не только у мух, но и у других организмов (улиток, губок, мышей), что указывает на её универсальность, возможно, включая эмбрионы человека.

Нарушив процесс сегрегации у дрозофил, учёные наблюдали значительные изменения в метаболизме и стресс у эмбрионов. В ответ на стресс эмбрионы запускали защитную реакцию, изменяя экспрессию генов. Без этой реакции они погибали, а с ней — их развитие существенно задерживалось.

Выводы показывают, что для успешного развития эмбриона критически важно не только получить достаточное количество жиров от матери, но и обеспечить их распределение по правильным клеткам.

«Эмбрион направляет жиры в ткани, которые нуждаются в них больше всего, — говорит Вельте. — Обнаруженный нами механизм позволяет матери снабдить эмбрион меньшим общим количеством жиров, чем если бы они распределялись равномерно, и при этом обеспечить успешное развитие. В результате самка, вероятно, может отложить больше яиц, распределив тот же объём питательных веществ между большим их числом, что обеспечивает большее потомство».