Супружеская пара раскрыла тайну развития кишечника у червей

Пандемия COVID-19 дала исследователям из Калифорнийского университета в Риверсайде время задуматься над давним вопросом: как у нематод (круглых червей), отдаленно родственных модельному организму Caenorhabditis elegans, формируется кишечник, если гены, отвечающие за этот процесс у C. elegans, у других нематод отсутствуют?

Эксперимент дал неожиданный результат. Оказалось, что у родственных C. elegans нематод за спецификацию кишечника отвечает более простая генная сеть. Предковый вид C. elegans, по-видимому, дублировал и расширил эту простую сеть, создав более сложную, которую ученые все это время изучали у C. elegans.

  • C. elegans — один из самых широко используемых модельных организмов в биологии. Его кишечник формируется из потомков одной клетки раннего эмбриона, называемой E.
  • Около 20 лет назад было обнаружено, что генная сеть, заставляющая клетку E становиться предшественником кишечника, включает несколько генов, относящихся к семейству транскрипционных факторов GATA.
  • Исследователи Моррис Мадуро и Джина Бройтман-Мадуро обнаружили, что у большинства других нематод изученные в C. elegans гены, специфицирующие кишечник, отсутствуют.

Ученые решили изучить дальнего родственника C. elegans — C. angaria. Выяснилось, что множество GATA-факторов у C. elegans у C. angaria представлено всего одним фактором — ELT-3. Этот же фактор существует и у C. elegans, но у него другая функция (участие в стрессовых реакциях), а его роль заменяют два других гена: END-1 и END-3.

Ключевое открытие:

  • У C. angaria удаление ELT-3 приводит к невозможности формирования кишечника.
  • У C. elegans кишечник не формируется при отсутствии обоих генов END-1 и END-3.
  • Исследователи смогли заставить белок ELT-3 из C. angaria экспрессироваться в нужное время и в нужном месте у C. elegans и показали, что он может специфицировать кишечник.

Это демонстрирует эволюционное упрощение: биологическая система C. angaria сохранила более простую сеть, существовавшую 20–50 миллионов лет назад, в то время как у C. elegans развилась более сложная версия. Изменения произошли на внутреннем, генетическом уровне, не повлияв существенно на анатомию червя.

Следующие шаги:

  • Исследователи пытаются выяснить, зачем C. elegans понадобилась более сложная сеть. Одна из гипотез — это позволило червю развиваться быстрее.
  • Планируется изучить, насколько широко консервирован обнаруженный механизм, на примере более отдаленно родственного вида — Pristionchus pacificus.