Международная группа исследователей из биолаборатории Cold Spring Harbor обнаружила у нематоды Caenorhabditis elegans ранее неизвестный тип биологических часов, который контролирует весь процесс развития организма. В отличие от привычных циркадных часов, отвечающих за суточные ритмы, этот механизм не цикличен: он запускает последовательность этапов роста лишь один раз и не позволяет им повторяться.
Ключевую роль в работе системы играют белки MYRF-1 и LIN-42. Вместе они образуют молекулярную цепь обратной связи, которая определяет момент начала каждого этапа развития и его продолжительность. Исследователи называют эту систему главным таймером генома червя.
Прозрачная нематода C. elegans проходит четыре личиночные стадии перед превращением во взрослую особь. На каждой из них в клетках возникают строго упорядоченные всплески активности генов. Новое исследование показало, что именно комплекс MYRF-1/LIN-42 обеспечивает запуск этих импульсов в нужное время и гарантирует, что каждая стадия будет пройдена только один раз.
Белок-ключ, без которого развитие останавливается
Чтобы понять механизм работы необычных часов, ученые использовали классические молекулярно-биологические эксперименты, секвенирование ДНК и белков, а также систему искусственного интеллекта AlphaFold для анализа структуры белков.
Выяснилось, что MYRF-1 выполняет сразу несколько функций. Он запускает очередной этап развития и одновременно участвует в контрольной точке, завершающей этот этап. После активации MYRF-1 включает белок LIN-42, который регулирует силу и длительность всплеска генетической активности. Когда исследователи искусственно блокировали MYRF-1, весь процесс развития нарушался и организм переставал нормально расти.
По словам авторов работы, система действует подобно храповому механизму: гены могут многократно включаться и выключаться, однако развитие организма неизменно движется только вперед и не возвращается к уже пройденным этапам.
Сейчас исследователи изучают, каким образом отдельные клеточные таймеры синхронизируются между собой и обмениваются сигналами. Эти данные могут помочь лучше понять причины генетических заболеваний и нарушений развития у людей и млекопитающих в целом.
Интересные факты
Белок LIN-42 является родственником гена Period, который участвует в работе циркадных часов у животных и человека.
Нематода C. elegans считается одним из важнейших модельных организмов современной биологии. Ее тело состоит примерно из 550 клеток, а развитие изучено практически до уровня каждой отдельной клетки. Червь может смело считать себя лауреатом как минимум четырех Нобелевских премий.
В последние годы ученые обнаруживают самые разные биологические часы — от суточных ритмов растений до молекулярных «часов старения» в клетках человека. Однако найденный у C. elegans механизм стал первым известным примером биологических часов, которые работают ограниченное число раз и не повторяют цикл.
Между прочим, у нематоды Caenorhabditis elegans есть родной брат Caenorhabditis briggsae. Они произошли от общего предка 20 миллионов лет назад, но похожи как две капли воды. О том как ученые ухитряются различать близнецов — в статье Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru