Узор на крыльях бабочек создаётся сложной комбинацией лигандов и рецепторов Wnt-сигналинга

Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) под руководством профессора Антонии Монтейру использовали крылья бабочек как модель, чтобы изучить сложность Wnt-сигнального пути — фундаментального механизма межклеточной коммуникации, участвующего в росте, делении и дифференцировке клеток.

Результаты, опубликованные в Science Advances 26 июля 2023 года, показывают, как различные компоненты этого пути формируют цветовые узоры на крыльях.

Динамическая картина экспрессии

Команда использовала современные методы in-situ локализации, чтобы расшифровать паттерны экспрессии всех восьми Wnt-гликопротеинов и четырёх мембранных рецепторов (Frizzled) в геноме бабочки Bicyclus anynana.

• Были обнаружены отчётливые динамичные полосы и пятна множества белков Wnt-пути по мере развития крыла.
• Внутриклеточный белок Armadillo, изначально распределённый однородно, со временем локализовался в специфических клетках — центрах глазчатых пятен и по краю крыла, где он влияет на дифференцировку цвета.
• Ген WntA экспрессировался вдоль толстой полосы в центре развивающегося крыла. Его нокаут с помощью CRISPR-Cas9 приводил к нарушению как цвета, так и ширины этой центральной полосы.

Двойные функции генов

Исследование выявило двойные роли некоторых генов:

• Frizzled4 участвует в дифференцировке центров глазчатых пятен и в ориентации чешуек в этой области.
• Рецептор frizzled2 экспрессируется в очень сложном паттерне, при этом клетки, лишённые его экспрессии, соответствуют доменам других генов (wntA, frizzled4, frizzled9).

Взаимодействие путей создаёт узор

Ключевой вывод — сложное пространственно-временное регулирование различных Wnt-сигнальных путей для создания узоров. Клетки, экспрессирующие разные компоненты пути, вероятно, регулируют друг друга, подавляя экспрессию других членов пути для создания специфичности сигнала.

«Это означает, что Wnt-сигналинг происходит повсюду в крыле, но разные члены этого пути контролируют разные цвета и узоры в разных областях», — пояснила профессор Монтейру.

Сочетание этих доменов покрывает всё поле клеток в крыле бабочки. Исследование открывает путь к пониманию того, как эволюция запрограммировала такие сложные системы паттернирования, используя фундаментальный сигнальный путь, консервативный у всех многоклеточных организмов.