Американские биологи Жюльен Дюбрюль и Оливье Пуркуа из Института Медицинских Исследований Стауерс, Канзас-Сити, Миссури и Александр Шиер из Нью- Йоркского Университета выдвинули новую гипотезу регуляции биологического морфогенеза. Они считают, что краниокаудальный (то есть передне-задний) градиент сигнальных молекул в развивающемся организме может создаваться за счет распада информацинной РНК в клетках во время роста эмбриона. Конкретные исследования по формированию сомитов у эмбрионов птиц и млекопитающих подтверждают эту идею.

Ученые предположили, что информационная РНК сигнальных молекул, регулирующих формирование передне-задней полярности, синтезируется только в клетках зоны роста эмбрионов (в каудальной (“хвостовой”) зоне), а потом, в ходе их развития, постепенно утрачивается (деградирует). Сигнальные молекулы перестают синтезироваться.

Таким образом, получается градиент сигнальных молекул (то есть, чем ближе к хвосту, тем их больше). Если предположить, что, чем выше концентрация таких молекул, то тем более “хвостовым” путем развиваются клетки под их влиянием, то все становится легко объяснимо. Зародыш растет с хвоста. В зоне роста синтезируется информационная РНК. Пока клетки от хвоста недалеко “ушли”, прошло немного времени, и информациооной РНК в них еще много..

Информационная РНК – это матрица, с которой происходит синтез белковых молекул. Молекул сигнального белка много, они подавляют развитие головных структур, поэтому развиваются хвостовые. Чем дальше от хвостовой зоны роста, тем меньше информационной РНК в клетках. То есть меньше выделяется сигнального белка. Соответственно, начиная с некоторого расстояния от хвоста подавление головных структкр прекращается.

По идее авторов, решающую роль в создании градиента сигнальных молекул играет распад информационной РНК. Такая простая гипотеза получила подтверждение на примере регуляции сомитогенеза фактором fgf-8 (фактор роста фибробластов - 8). Сомиты – парные мезодермальные структуры в развитии позвоночных. Из них формируются скелет, мышцы и часть покровов тела.

Биологии работали на эмбрионах млекопитающих (мышь) и птиц (курица). Независимыми методами (гибридизация in situ и количественный ПЦР) американские ученые продемонстрировали, что в клетках эмбрионов существует градиент распределения информационной РНК этого фактора от хвоста к голове (чем ближе к хвосту, тем больше). Что интересно, градиент этот нелинейный. Затем с помощью вестерн-блота и имунногистохимии они показали, что паттерн распределения самого сигнального белка fgf-8 является производным от распределения информационной РНК.

Чтобы экспериментально подтвердить гипотезу, каудальные (хвостовые) эксплантаты цыпленка продержали несколько часов в среде с веществом, блокирующим транскрипцию (то есть образование новой информационной РНК). Интересно, что градиентный паттерн распределения сигнального белка fgf-8 (в отличие от других белков) при этом сохраняется. То есть градиент создается за счет постепенного распада информационной РНК. Он устанавливается и держится даже в том случае, если новой информационной РНК не синтезируется.

Идея о том, что градиенты определенных веществ могут регулировать морфогенез, высказывалась еще в 30х годах 20 века британским эмбриологом Чайлдом. Особенно популярной она становится в 60-х в связи с концепцией “позиционной биологической информации” Льюиса Вольперта.

Наиболее распространенная точка зрения на данный момент гласит, что позиционная информация создается за счет диффузионного градиента сигнальных молекул (то есть определенная зона зародыша испускает химический сигнал, и его концентрация падает с расстоянием из-за диффузии).

В последнее время появляется все больше работ, противоречащих этой довольно редукционистской схеме.

Источник новости: 1. Alexander F. Schier. Developmental biology: Tail of decay Nature 427, 403 - 404 (29 January 2004)

2. Julien Dubrulle and Olivier Pourquie. fgf8 mRNA decay establishes a gradient that couples axial elongation to patterning in the vertebrate embryo. Nature 427, 419 - 422 (29 January 2004)

Пересказал А. Ермаков