Открыт механизм, отвечающий за скорость развития эмбриона
Почему у одних видов беременность длится дольше, чем у других? Исследователи из Института Фрэнсиса Крика обнаружили механизм, который определяет скорость развития эмбриона, и обнаружили, что он основан на том, как создаются и разрушаются белки. Исследование, опубликованное в Science, может помочь понять, как разные виды млекопитающих эволюционировали друг от друга, а так же усовершенствовать методы регенеративной медицины.
Разные сроки развития эмбриона.
Все млекопитающие проходят одни и те же стадии развития от эмбриона до взрослой особи. Эти стадии включают в себя одну и ту же последовательность событий с использованием аналогичных генов и молекулярных сигналов. Однако скорость прохождения этих этапов в значительной степени отличается от одного вида к другому. Например, моторным нейронам — нервным клеткам, которые контролируют движение мышц — требуется около трех дней для развития у мышей, но этим же нейронам для развития у людей требуется более недели.
Чтобы понять, что управляет этой скоростью у разных видов, исследователь Тереза Район и ее коллеги из лаборатории динамики развития Джеймса Бриско в Институте Френсиса Крика выполнили следующий опыт. Сначала, для чистоты эксперименте, они вырастили мотонейроны из стволовых клеток в лаборатории, чтобы можно было рассчитать время развития клеток без какого-либо влияния окружающей среды внутри эмбриона.
Используя в данном эксперименте стволовые клетки мыши и человека, они увидели одинаковую разницу в скорости между видами. Моторные нейроны человека формировались более чем в два раза дольше, чем аналогичные нейроны мыши. Стало понятно, что ответ должен лежать в самих клетках, а не в окружающей среде.
На следующем этапе, ученые проверили, влияют ли генетическая цепочка организма на время развития, введя последовательности ДНК человека в клетки мыши. Однако это никак не повлияло на скорость развития.
Всему виной белки.
Вместо этого исследователи обнаружили, что разница в скорости расщепления и замены белков объясняет разницу в скорости развития между двумя видами. Белки в клетках постоянно обновляются — производятся и разрушаются, и это происходит в два раза быстрее в клетках мыши по сравнению с клетками человека. Более высокая скорость оборота белка в клетках мыши объясняет более быстрый темп формирования двигательных нейронов.
Тереза Район объясняет: «Моторные нейроны человека и мыши используют одни и те же гены и молекулы для эмбрионального развития, просто у людей этот процесс протекает дольше. У людей белки более стабильны, чем у эмбрионов мыши, и это замедляет скорость развитие человека.»
«Это, как если бы мышиный и человеческий эмбрионы читали одни и те же ноты, и играли одну и ту же мелодию, но делали бы это в разном темпе. Теперь, когда мы знаем, мы хотим понять, как можно его изменить его скорость.»
Как это влияет на исследования и лечение.
Понимание механизмов, контролирующих скорость развития эмбрионов, имеет значение для регенеративной медицины и для использования стволовых клеток для лечения болезней. Способность ускорить или замедлить развитие стволовых клеток может быть полезно при усовершенствовании методов создания определенных типов клеток для исследований и терапевтических использования, а также может дать представление о замедлении роста клеток при таких заболеваниях, как рак.
Джеймс Бриско, возглавлявший группу исследователей, сказал: «Изменения во времени развития, так называемые гетерохронии, играют важную роль в эволюции различий в форме и размере тела между видами. Например, человеческий мозг больше, потому что его клетки растут в течение более длительного периода времени во время эмбрионального развития, чем аналогичные клетки у мышей. Таким образом, помимо практического применения, понимание того, как контролируется темп эмбрионального развития, может помочь нам понять, как развивались различные виды».