Визуализация живых эмбрионов рыбок данио в реальном времени показывает, как формируется базовый план тела

Команда из Института медицинской биологии и Института молекулярной и клеточной биологии A*STAR в Сингапуре показала, как регулирующие гены белки Pou5f3 и Nanog определяют организацию структур тела у эмбрионов рыбок данио. Их работа демонстрирует, насколько точна координация молекулярных событий, лежащих в основе нормального эмбрионального развития, и почему она может легко нарушиться.

Маленькие и прозрачные эмбрионы рыбок данио — всё более популярный модельный организм для визуализации самых ранних стадий развития животных. Первый шаг в закладке плана тела животного происходит, когда простой шар эмбриональных клеток формирует три отдельных слоя — эктодерму, мезодерму и энтодерму — в процессе, называемом гаструляцией. Регуляция генов белками, называемыми «факторами транскрипции», имеет решающее значение для «инструктирования» клеток по формированию этих слоёв и их последующей дифференцировки в специализированные клетки, образующие ткани тела.

Используя новейшие технологии визуализации — микроскопию флуоресцентного времени жизни (FLIM) и флуоресцентную корреляционную микроскопию (FCS), — авторы отслеживали активность флуоресцентно меченного Pou5f3 во время гаструляции в живых эмбрионах. «Эти передовые методы позволяют нам лучше оценить динамические изменения, которые управляют спецификацией стволовых клеток in vivo», — пояснил Бруно Реверсад, руководивший исследованием.

Команда обнаружила самые высокие уровни связанной с ДНК (активной) формы Pou5f3 в мезодермальных клетках, где он также взаимодействовал с Nanog. Комплексы Pou5f3–Nanog были ограничены определённой областью мезодермы, а удаление либо Pou5f3, либо Nanog нарушало формирование чётких слоёв эктодермы, мезодермы и энтодермы. Эти данные позволяют предположить, что комплекс Pou5f3–Nanog необходим для спецификации клеток, формирующих эти слои, и, следовательно, для развития тканей, которые в конечном итоге образуют верхнюю и нижнюю стороны рыбы.

Также показано, что активность комплексов Pou5f3–Nanog ограничивается фактором транскрипции Sox32, который конкурирует с Nanog за связывание с Pou5f3 в энтодерме.

Интересно, что результаты на мутантных рыбках данио позволяют предположить, что консервативный гормон элабела контролирует уровни Sox32, позволяя формироваться комплексам Pou5f3–Nanog и экспрессии генов, вовлечённых в сигнализацию костного морфогенетического белка (BMP), которая необходима для тканевой спецификации.

В совокупности эти результаты подчёркивают новый механизм, посредством которого комплексы Pou5f3–Nanog модулируют активность BMP на ранних стадиях развития. Описанная в исследовании жёсткая регуляция факторов транскрипции, вероятно, консервативна у всех позвоночных.