Группа японских и американских ученых открыла ген, регулирующий
выворачивание колонии водоросли вольвокс.
Открытие позволяет понять молекулярный механизм одного из наиболее
древних морфогенетических процессов.
Происхождение многоклеточных - интереснейшая проблема биологии.
Большинство современных ученых считает, что многоклеточные произошли от
организмов, подобных колониальной водоросли вольвокс. Это существо можно
представить как конгломерат из большого числа (до 2 тысяч) одноклеточных
организмов (колонию одноклеточных), причем такой
конгломерат обладает способностью к согласованным действиям по изменению
формы, то есть можно говорить о вольвоксе как о многоклеточном организме.
Преобразования формы органов и организма в ходе индивидуального
развития в биологии "истинных"
многоклеточных организмов принято называть биологическим морфогенезом
(то есть, в
переводе на русский, формообразованием). Типичным примером морфогенеза
является, например, гаструляция у позвоночных животных, когда часть
зародыша вворачивается внутрь, и при этом образуются три зародышевых
листка - эктодерма, энтодерма и мезодерма. Во время гаструляции
закладывается общий план строения животного.
Нечто подобное есть и у вольвокса. У него в развитии происходит
выворачивание внутренней поверхности колонии наружу и "вворачивание"
наружной внутрь. Грубо говоря, вольвокс выворачивается наизнанку. Японские
и американские ученые внимательно изучили этот процесс и открыли, что
ключевую роль в нем играет ген, названный ими InvA (от слова
инверсия - inversion). Таким образом, можно говорить об открытии
молекулярного механизма регуляции одного из древнейших процессов морфогенеза
многоклеточных.
Вольвокс (Volvox carteri) представляет собой шарик из примерно 2000
мелких соматических клеток с отгороженным от внешней среды внутренним
пространством. Во внутреннем пространстве находятся всего 16 крупных
клеток, называемых гонидиями. Эти клетки делятся, и из каждой гонидии
образуется маленькая зародышевая колония, своего рода эмбрион. В таких
зародышевых колониях гонидии находятся снаружи.
Наконец, на последнем этапе колонии выворачиваются наизнанку, и гонидии
оказываются внутри. Происходит это за счет того, что в одной из областей
"шарика" часть клеток становится колбовидными. В проекции пласта клеток они
напоминают по форме сужающуюся химическую колбу. С одной стороны
клеточного пласта поверхность у них меньше, чем с другой. Понятно, что
пласт при этом искривляется. Если зона таких клеток распространяется по
пласту, то шарик можно вывернуть. Проходит своего рода волна из
колбовидных клеток, каждый раз вовлекая новые области пласта в изгиб.
Интересно, что похожий механизм с использованием колбовидных клеток
присутствует, например, в раннем развитии амфибий или морского ежа. А
явление, при котором эти клетки инициируют изменение формы соседних в
колбовидную (своего рода распространяющаяся волна вытягивающихся клеток)
называется в эмбриологии контактной поляризацией.
Иширо Ниши и Дэвид Кирк из Университета Вашингтона (Сент-Луис) и Сатоси
Огихара из Университета города Осака нашли мутантные колонии вольвокса,
неспособные к выворачиванию. Они проанализировали таких вольвоксов и
показали, что мутация у них ведет к изменению в белке, который находится в
цитоплазматических мостиках между клетками. Белок относится к группе
кинезинов. Таким образом, исследователи открыли белок,
ответственный за регуляцию согласованных действий клеток по изменению
формы.
Пока неясно, действует ли такой же молекулярный механизм в морфогенезе
многоклеточных организмов. Сами авторы далеки от излишних спекуляций и
раздувания преждевременных сенсаций. Тем не менее, труд их оценен по
достоинству - статья Нишии, Огихары и Кирка вышла в престижном
биологическом журнале Cell, а короткое сообщение об их работе появилось и
в Nature.
Источники новости:
1. Nishii I, Ogihara S, Kirk DL. A kinesin, invA,
plays an essential role in volvox morphogenesis. Cell, 2003, Jun
13; 113(6): 743-53.
2. Schmitt R, Sumper M. Developmental biology: how to
turn inside out. Nature, 2003, Jul 31; 424(6948): 499-500.
Пересказал А. Ермаков