Полярность клеток координирует развитие личинок медуз вдоль центральной оси

Учёные обнаружили ключевой механизм в эмбрионах медуз, который даёт новое представление о том, как план тела этих животных формируется вдоль центральной оси от «головы» к «хвосту».

Исследование, опубликованное в eLife, показывает, что белок Wnt3 играет решающую роль в этом процессе. Ранее было известно, что mRNA этого белка хранится на одном полюсе яйца (анимальном полюсе) и вместе с белками пути Wnt/β-catenin локально определяет будущую «ротовую» область эмбриона медузы Clytia hemisphaerica.

Новая работа раскрывает, как этот процесс продолжается по всей длине эмбриона, формируя характерную вытянутую «торпедообразную» форму личинки.

Ключевые открытия

  • Эмбрионы, лишённые активности Wnt3, не имеют центральной оси; организация их тела становится случайной. Границы между клетками выглядят морщинистыми, что указывает на отсутствие необходимого натяжения и структуры.
  • Wnt3 вызывает планарную клеточную полярность (PCP). С помощью флуоресцентной визуализации ресничек (цилий) учёные показали, что Wnt3 заставляет клетки ориентироваться в одном направлении, к одному концу личинки. Эта полярность постепенно распространяется на соседние клетки, выравнивая всю длину тела.
  • Wnt3 выполняет две отдельные роли:
    1. Активация пути Wnt/β-catenin (для определения ротовой области).
    2. Ориентация оси через PCP (независимо от β-catenin). Эксперименты показали, что при блокировке β-catenin Wnt3 всё равно направляет белки PCP. Однако без белков PCP Wnt3 не может направлять развитие оси, кроме локальной области.

Значение исследования

Как объясняет старший автор Цуёси Момосе, обнаружен двухэтапный процесс:

  1. Wnt3 определяет будущую ротовую область вместе с β-catenin и, независимо от него, задаёт направление для ориентации центральной оси.
  2. Wnt3 запускает каскад PCP-поляризации, который согласованно выравнивает эту ось по всему эмбриону.

Это открытие не только объясняет ключевой этап раннего эмбрионального развития, но и может прояснить, почему у многих животных есть общая ось «голова-хвост», и как их планы тела эволюционировали. Похожие процессы описаны у плодовых мушек и многих других животных, что указывает на раннее эволюционное происхождение этого механизма.

Как отмечает ведущий автор Жюли Увейра, сравнение таких процессов, как адгезия и клеточная полярность, у животных, разошедшихся в разные моменты эволюции (например, у медуз как группы, сестринской по отношению к билатериям), может помочь определить, когда и почему эта общая черта возникла, дивергировала и сохранилась.