Главная » Статьи » История » Этапы развития

Что заставляет плоских червей рассыпаться

Понимание того, как ткани и органы могут регенерировать, требует понимания механизмов и факторов, которые организуют клетки и ткани, как в пространстве, так и во времени. Плоские плоские черви - широко используемая модель для изучения формирования таких паттернов, потому что отрубленные куски этих животных могут вырастить недостающие части тела и сформировать полных червей. У планарий также есть поведение саморазрушения, которое называется делением - они растягивают и сжимают ткани хвоста, что приводит к отрыву частей их заднего тела, которые затем превращаются в клоны. Происходит ли деление, зависит от размера родительского червя, но лежащие в основе молекулярные и клеточные процессы не совсем понятны. В статье «Nature» Арнольд и соавторы [1] устанавливают метод, позволяющий надежно индуцировать деление у планарий Schmidtea mediterranea, и показывают, что клеточные сигнальные пути, включающие белки Wnt и трансформирующий фактор роста- (TGF-), являются ключевыми регуляторами этого процесса. ,
Передача сигналов Wnt играет решающую роль в развитии и дифференцировке клеток и участвует во многих заболеваниях2. Белки Wnt очень разнообразны, встречаются только у животных и обычно прикрепляются к липидной цепи и секретируются клетками. Они связываются с рецепторными белками разных семейств, чтобы активировать различные нижестоящие клеточные сигнальные каскады, которые регулируют уровни цитоплазматических факторов - молекул, которые контролируют экспрессию генов и, таким образом, клеточную функцию 2,3. Хотя наши знания о влиянии передачи сигналов Wnt на формирование тканевого паттерна значительно расширились за последние несколько лет, как такое паттернирование может быть связано с конкретными функциями ткани, до сих пор неизвестно.

Предыдущие исследования 4–6 на планарий характеризовали молекулярную структуру, в которой самоорганизующиеся градиенты белков Wnt регулируют формирование паттерна вдоль длины животного (то есть вдоль передне-задней оси), и в котором градиент TGF- регулирует рисунок от его верхней стороны до нижней (вдоль дорсально-вентральной оси). Было высказано предположение7, что деление планарий регулируется градиентами метаболической активности, молекулярными позиционными сигналами или молекулами нейрогормонов вдоль передне-задней оси тела. Одно исследование показало, что деление может быть ингибировано передней частью нервной системы7, а другое изучало биомеханические силы и свойства ткани, которые позволяют этому происходить8.

В отличие от регенерации, которая может быть вызвана экспериментально путем разрезания планарных червей на части, деление было трудно вызвать надежно, что ограничивает исследования этого процесса. Однако Арнольд и соавт. обнаружили, что перенос червей в культуры, в которых пища была ограничена, а вода была застойной, вызывала деление у червей длиннее, чем около 4 или 5 миллиметров (рис. 1). Анализируя записи изображений, исследователи обнаружили, что события деления занимают около 30 минут и приводят к появлению фрагментов длиной около 1 мм, и что частота событий деления коррелирует с размером родителя. Арнольд и соавт. также обнаружили, что, когда они оказывали давление на покровное стекло, помещенное на вершине червя в нормальной культуре, червь распадался на множество равномерно расположенных фрагментов по всей его передне-задней оси. Это говорит о том, что у взрослых червей существуют заранее установленные плоскости деления, которые масштабируются в зависимости от размера животного, и что скрытая сегментированная структура лежит в основе этого контроля размера.

Используя методы голодания и сжатия, чтобы вызвать деление, авторы проверили, какие молекулярные сигналы необходимы, чтобы вызвать деление, зависящее от размера. Они провели скрининг, в котором они использовали разные молекулы РНК для селективного ингибирования экспрессии различных белков, участвующих в формировании паттернов, в том числе в клеточных сигнальных путях Wnt и TGF-4,6,9,10. Эти целевые нарушения влияли на частоту деления; например, блокирование экспрессии APC, белка, который подавляет сигнальный путь Wnt, примерно удвоил частоту последовательных попыток деления, при которых животные демонстрировали свое характерное растягивающее поведение. Однако вмешательство в эти сигнальные пути не влияло на расположение плоскостей деления вдоль оси тела. Таким образом, передача сигналов Wnt и TGF-, по-видимому, регулирует поведение деления независимо от их функции в осевом паттерне.

Предыдущий анализ экспрессии генов 11 показал, что гены, кодирующие белки, участвующие в передаче сигналов Wnt и TGF-, коэкспрессируются с генами, экспрессируемыми клетками центральной нервной системы (ЦНС). В исследовании Арнольда и его коллег удаление передней части червя, содержащей головные ганглии (два кластера нейронов, которые вместе составляют планарный мозг), задержало начало поведения деления. Авторы наблюдали аналогичный эффект у червей, у которых подавлялась экспрессия нейронального белка фактора транскрипции, который ранее был необходим для формирования паттерна ЦНС12.

Категория: Этапы развития | Добавил: vitalikstrong0 (15.08.2019)
Просмотров: 117 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]