Большинство гидроидных кишечнополостных, родственников кораллов и медуз, на стадии полипа образуют крупные колонии — удобные объекты для изучения эволюции строения тела животных. Коллектив ученых при ведущей роли сотрудников МГУ имени М.В. Ломоносова установил, что изменение регуляции молекулярного каскада Wnt приводит к принципиальной смене организации колоний гидроидных полипов. Исследование было поддержано Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ), его результаты опубликованы в международном журнале Developmental Biology.

Тело каждого живого организма можно представить как конструкцию с несколькими осями и/или плоскостями симметрии. Всё разнообразие животных можно свести к двум типам симметрии — лучевой и двусторонней — и нескольким планам строения тел. Этот «план» тела закладывается на ранних стадиях эмбрионального развития животных, когда делящиеся еще недифференцированные клетки обретают «молекулярную разметку», определяющую их дальнейшую судьбу в каждой конкретной области.

Одним из важнейших молекулярных каскадов, ответственных за дифференцировку клеток и молекулярную разметку, считается каскад Wnt. Мутации в генах, ответственных за белки сигнального пути Wnt, например, приводят, например, к рождению плодовых мушек дрозофил без крыльев (так был открыт этот каскад), а последние исследования связывают Wnt с образованием злокачественных опухолей.

Сигнальный путь Wnt считается эволюционно очень древним, и встречается как у базальных групп беспозвоночных животных, так и у высокоразвитых позвоночных, включая человека. Коллектив ученых под началом сотрудников биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова решил проверить, как происходит молекулярная разметка тела у гидроидных полипов со сложной архитектурой колонии. Начать исследование решили с изменения регуляции Wnt.

«В нашей работе мы показали, что долговременная активация Wnt сигнального каскада во время метаморфоза личинки колониального гидроидного полипа Dynamena приводит к формированию столониальной колонии, характерной для, например, Clytia hemisphaerica, а не колонии с моноподиальным ветвлением, которая в норме наблюдается у Dynamena pumila, — комментирует один из авторов исследования, старший научный сотрудник кафедры эмбриологии биологического факультета МГУ Станислав Кремнёв. — Таким образом, в эксперименте мы получили не просто аномальный, не существующий в природе фенотип, а изменили план строения животного одного вида на план строения, характерный для другого вида».

Учёные также проверили, как будет изменяться план строения колонии полипов Dynamena при временной модуляции активности Wnt каскада. Так, при слабой временной активации каскада Dynamena формировала побегообразующие колонии, свойственные им, но с другим типом ветвления, более характерным для других представителей семейства Sertulariidae, например Sertularella gigantea. Этот результат свидетельствует о том, что тонкая настройка активности Wnt каскада определяет не только выбор между формированием столониальной и побегообразующей колонии, но и участвует в регуляции формирования разных типов побегообразующих колоний.

При временном ингибировании — то есть отключении — канонического Wnt каскада полипы Dynamena образовывали столон вместо побега. Эти результаты четко демонстрируют, что уровень активности канонического Wnt пути является параметром, участвующим в разметке всего тела животного, а не только сигнальным каскадом, отвечающим за спецификацию «головного организатора», как предполагалось ранее.

«Предполагается, что тип организации колонии гидроидных полипов зависит от экологической ниши животного, и определяется многими факторами, такими как: тип субстрата, доступ к пище, интенсивность течения и т.д. В нашей работе мы показали, что достаточно изменения активности лишь одного сигнального пути для радикальной трансформации типа колонии и потенциальной смены экологической ниши. Таким образом, наш проект направлен не только на комплексное изучение молекулярной разметки плана строения тела у отдельных гидроидных полипов, но также на выяснение универсальных молекулярных механизмов, приведших к существованию огромного разнообразия планов организации тела животных, что является одной из фундаментальных задач биологии. Для детального понимания работы этих механизмов мы планируем провести сравнительные исследования молекулярной разметки тела гидроидных полипов с разным типом организации колоний», — заключает Станислав Кремнёв.

Иллюстрация: Микрофотография взрослой моноподиально ветвящиеся колонии Dynamena // Источник: Станислав Кремнёв, МГУ