Сотрудники Лаборатории молекулярных основ эмбриогенеза ИБХ РАН впервые предложили общий подход к изучению механизмов эмбрионального скейлинга.
Сотрудники Лаборатории молекулярных основ эмбриогенеза ИБХ РАН предсказали и математически доказали существование специальных генов-скейлеров, экспрессия которых зависит от размеров эмбрионов, разработали метод их прицельного поиска и описали на примере одного из найденных скейлеров шпорцевой лягушки, гена mmp3, неизвестный ранее механизм размер-зависимой регуляции эмбрионального паттернинга.
Проблема удивительной способности эмбрионов многих животных регулировать свою структуру пропорционально размеру, т.н. явление эмбрионального скейлинга, является одной из самых важных, но малоизученных в биологии. В научной литературе этот феномен впервые был описан немецким эмбриологом и философом Гансом Дришем более 120 лет назад. В опытах на эмбрионах морского ежа Дриш неожиданно обнаружил, что из отдельных клеток, изолированных сразу же после первого или второго деления дробления оплодотворенного яйца или даже из половинок эмбриона на стадии бластулы, разрезанного пополам, во многих случаях развивались совершенно правильные, но уменьшенные копии нормальных эмбрионов. В дальнейшем аналогичные примеры скейлинга были описаны разными авторами на эмбрионах многих других животных. В настоящее время стало понятно, что данный феномен, завораживающий исследователей на протяжении века, представляет собой наиболее яркое проявление фундаментальной особенности живых организмов — использовать на систематической основе неравновесную самоорганизацию для своего крупномасштабного структурирования. Несмотря на то, что в некоторых случаях конкретных молекулярные механизмы эмбрионального скейлинга были установлены, общего решения для данной фундаментальной проблемы, лежащей на стыке молекулярной биологии, физики и математики, не существовало.
В только что опубликованной работе сотрудники Лаборатории молекулярных основ эмбриогенеза ИБХ РАН предложили такой подход, постулировав существование специальных генов-скейлеров, уровень экспрессии которых зависит от размеров эмбрионов. Авторы предположили, что концентрации белков, кодируемых этими генами, играют роль датчиков, регулирующих в зависимости от размера эмбриона масштаб морфогенетических градиентов. Как известно, такие диффузионные градиенты сигнальных белков-морфогенов возникают по механизму неравновесной самоорганизации и служат для пространственной разметки крупномасштабной структуры эмбриона. Разработанный подход может быть использован и в любых других случаях, когда необходимо изучить заранее неизвестные механизмы эмбрионального скейлинга у самых разных модельных организмов. Работа поддержана грантом РНФ №19-14-00098 и опубликована в журнале Developmental Cell.
Фото: пресс-центр ИБХ РАН