Эмбриологи СПбГУ первыми в мире описали систему восстановления органов червей при бесполом размножении

Дата публикации: 12 сентября 2023

Ученые Санкт-Петербургского университета первыми в мире описали уникальную систему восстановления целых органов и отделов тела в ходе бесполого размножения на примере малощетинковых червей. Оказалось, что в этом процессе задействованы гены семейства ParaHox, отвечающие за развитие пищеварительной и нервной систем. Результат исследования опубликован в Genes.

ParaHox — семейство генов, которые кодируют очень консервативные, мало меняющиеся в ходе эволюции белки. Эти гены встречаются у множества животных и человека. В геноме эти гены часто расположены на одной хромосоме и образуют единый кластер. Самый первый ген (Gsx) активен на переднем конце зародыша, средний (Xlox, или Pdx) — в средней части тела, а задний ген (caudal, или Cdx) — в задних частях развивающегося организма.

 

Считается, что изначально у единого предка большинства многоклеточных животных эти гены участвовали в формировании пищеварительной системы. Эта их первоначальная, эволюционно древняя функция остается основной и у современных видов животных и человека. Так, задний ParaHox-ген отвечает за развитие задней кишки. Без среднего гена невозможно формирование средней кишки, в том числе связанных с ней происхождением специализированных органов позвоночных животных (желудка, печени и поджелудочной железы). Передний ген важен для образования рта и глотки. Однако ParaHox-гены, как оказалось, задействованы и при развитии нервной системы. Более того, в ходе эволюции они приобрели много дополнительных функций. Например, Cdx необходим для формирования всего заднего конца зародыша, особенно если там расположены активно делящееся клетки, обеспечивающие основной рост эмбриона. У человека и мыши одна из копий генов Cdx заставляет клетки раннего зародыша участвовать в развитии внезародышевых образований, таких как, например, плацента.

Таким образом, ParaHox-гены представляют собой идеальную систему для изучения эволюции и регуляции генов развития. Знания об этих генах критически важны для понимания механизмов индивидуального развития и причин морфологического разнообразия. При этом ParaHox-гены являются слабо изученными по сравнению с другими генами, особенно в постэмбриональный период. Кроме того, в лабораториях многих стран мира разрабатываются технологии получения органоидов и даже эмбриоидов (искусственных органов или зародышей за счет эмбриональных стволовых и иных типов клеток) с целью решения не только вопросов фундаментальной науки, но и практических задач биомедицины. Без использования знаний и навыков работы с ParaHox-генами эти задачи не могут быть решены.

Ученые СПбГУ обнаружили дуплицированные ParaHox-гены (то есть существующие в нескольких копиях) и смогли описать их роль в процессе бесполого размножения малощетинковых червей Nais communis and Pristina longiseta.

«В результате нашей работы мы описали уникальную систему восстановления целых органов и отделов тела в ходе бесполого размножения, процесса, широко распространенного среди животных, и впервые показали, что развитие этих органов может осуществляться на основе универсальных механизмов, задействованных как в эмбриональном, так и последующем развитии животных», — рассказал доцент кафедры эмбриологии СПбГУ Роман Костюченко.

В частности, ученые СПбГУ впервые в мире показали особенности экспрессии всех выявленных ParaHox-генов при бесполом размножении животных. Так, особенности работы передних и задних ParaHox-генов позволяют предположить разделение функций между родственными генами. Часть из них, по мнению ученых, важна для формирования пищеварительного тракта, другая — для нервной системы и роста животного. У одного из изученных видов малощетинковых червей есть особенность — хорошо различимый желудок, расположенный ближе к голове. При делении этот орган достается только переднему индивидууму. Животному, получившемуся из задней половины материнского организма, свой собственный желудок нужно сформировать заново. Происходит это за счет перестройки, или ремоделинга, тканей кишки без заметных клеточных делений. В ходе этой трансформации клетки части кишки активируют средний ParaHox-ген.

Дальнейшее использование этой модели позволит понять множество аспектов восстановления недостающих тканей, органов или частей тела и раскрыть основные механизмы регуляции таких процессов, как бесполое размножение и регенерация.

В работе использовалась инфраструктура ресурсного центра «Развитие молекулярных и клеточных технологий» Научного парка СПбГУ. Работа выполнена в рамках проекта «Экспрессия ParaHox-генов в эмбриональном и постэмбриональном развитии аннелид», поддержанного грантом Российского научного фонда.

Санкт?Петербургский государственный университет — первый университет России был основан 28 января (8 февраля) 1724 года, когда Петр I издал указ об учреждении Университета и Российской академии наук. Сегодня СПбГУ — научный, образовательный и культурный центр мирового уровня. В 2024 году Санкт?Петербургский университет отметит свой 300?летний юбилей.

План мероприятий в рамках празднования юбилея Университета был утвержден на заседании оргкомитета по празднованию 300?летия СПбГУ, который провел заместитель председателя Правительства РФ Дмитрий Чернышенко. Среди таких мероприятий — присвоение малой планете имени в честь СПбГУ, выпуск банковских карт со специальным дизайном, создание почтовых марок, посвященных истории первого университета России, брендирование самолета авиакомпании «Россия» и многое другое. Кроме того, Университет запустил сайт, посвященный предстоящему празднику, с информацией о выдающихся универсантах, научных достижениях и подробностях подготовки к юбилею.

Пресс-служба и сайт СПбГУ spbu.ru

Поделиться: