Как рыбы обретают серебристый блеск

Ученые из Университета Бата выяснили, как в организме рыбок данио-рерио (zebrafish) образуются блестящие серебристые клетки, что объясняет, почему косяки рыб сверкают серебром при движении в воде.

У млекопитающих, включая человека, есть только один тип пигментных клеток — меланоциты. Они обычно черного или коричневого цвета, отвечают за окраску кожи и волос и лежат в основе меланомы.

Однако у рыб формируются несколько типов пигментных клеток. У данио-рерио, помимо черных меланоцитов, тело окрашивают желтые ксантофоры и блестящие серебристые клетки — иридофоры.

Вопрос о том, как возникают разные типы клеток, является ключевым в биологии стволовых клеток и биологии развития. Лаборатория профессора Роберта Келша на кафедре биологии и биохимии пролила свет на этот процесс.

Разные типы пигментных клеток происходят из стволовых клеток особого типа — клеток нервного гребня, которые также дают начало различным типам нейронов, клеткам скелета и другим.

В новом исследовании ведущий автор, доктор Клео Петрату, и ее коллеги использовали необычное сочетание генетических методов и математического моделирования. Они выявили, как серия ключевых генов взаимодействует и заставляет клетку нервного гребня стать серебристым иридофором.

Ключевые гены были идентифицированы с помощью генетических манипуляций: было показано, что при потере их функции иридофоры не образуются. Однако это не объясняло, как эти гены работают вместе, — процесс, осложненный тем, что клетки нервного гребня активно мигрируют в организме в ходе развития.

С помощью тщательного анализа генетически модифицированных рыбок данио-рерио и строгой интерпретации состояния клеток во время миграции ученые смогли определить функциональные взаимосвязи между этими генами. Они выявили так называемую генно-регуляторную сеть (своего рода генетическую схему), лежащую в основе решения клетки нервного гребня стать иридофором.

Для уточнения этой сети команда профессора Келша применила математическое моделирование. Совместно с коллегами из Университета Суррея они разработали серию простых математических моделей, изображающих альтернативные способы организации сети. С помощью компьютерного моделирования их поведения была выявлена наиболее вероятная структура сети.

Доктор Петрату отметила: «Сочетание детальной генетики развития, которую позволяют изучать рыбки данио-рерио, с строгим математическим моделированием действительно помогло нам обнаружить гены, лежащие в основе формирования иридофоров, и определить структуру их взаимодействия. Простая генетика в одиночку этого бы не позволила».

Профессор Келш добавил: «Теперь мы в отличной позиции, чтобы интегрировать эти данные с аналогичными междисциплинарными исследованиями меланоцитов и понять, как на самом деле работает выбор судьбы стволовой клетки».

Этот подход имеет широкое применение в биологии стволовых клеток, а также показывает, как рыбы могут сиять.

Исследование опубликовано в журнале PLOS Genetics.