Личинка спящего хирономида, Polypedilum vanderplanki - похожее на комара насекомое, обитающее в полузасушливых районах Африки - хорошо известна тем, что способна возвращаться к жизни после почти полного высыхания, теряя до 97 процента содержания воды в его теле. Однако генетические механизмы, которые насекомые используют для достижения этой цели, и особенно идентичность основного гена, вызывающего устойчивость к высыханию, остаются в значительной степени неуловимыми. Теперь исследователи из международного сотрудничества, в том числе Олег Гусев из Инновационного центра RIKEN и сотрудники из НАРО, Казанского федерального университета (Россия) и Сколтеха (Россия), обнаружили, что ген, называемый фактором теплового шока, который присутствует в той или иной форме почти у все живые организмы на Земле - были освоены видами, чтобы пережить высыхание.
Фактор теплового шока, который существует в одной форме у беспозвоночных, но в нескольких формах у позвоночных, является неотъемлемой частью способности живых клеток выживать в стрессовых условиях, таких как жара, холод, радиация и, как выясняется,, иссушение. Исследователи обнаружили, что у пустынных насекомых ген способен при определенных условиях активировать себя, и эта активация приводит к ряду последующих процессов, включая синтез белков теплового шока, которые способны защищать белки в клетке от неправильного фолдинга.
Для проведения исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи сравнили данные по экспрессии РНК у спящих хирономид с близкородственным видом, Polypedilum nubifer, который не способен пережить высыхание. Они обнаружили, что у спящих хирономид сотни генов, в том числе гены, которые, как известно, участвуют в формировании «молекулярного щита» от повреждений, вызванных обезвоживанием, экспрессировались уже на ранних стадиях высыхания. Они обнаружили, что определенный мотив ДНК, TCTAGAA, который является сайтом связывания HSF, был сильно обогащен вокруг сайта начала транскрипции генов, активируемых высыханием у спящих хирономид, но не у других видов. Интересно, что они обнаружили, что у устойчивых к высыханию видов, но не у других, гены, ответственные за синтез трегалозы - сахара, который может стабилизировать клетки в сухом состоянии, - содержали мотив TCTAGAA..
Чтобы пролить дополнительный свет на роль трегалозы, они обработали культивируемую клеточную линию спящих хирономид сахаром и обнаружили, что многие гены, активируемые высушиванием, также были активированы, и, кроме того, обработка трегалозой приводит к активации гена HSF. Этот эффект трегалозы был предотвращен путем отключения гена HSF, что показало явное участие HSF в ответной реакции.
По словам руководителя группы Олега Гусева, «нас очень заинтересовало открытие, что фактор теплового шока является важным регулятором экспрессии генов в ответ на высыхание. Создается впечатление, что эти экстремофильные насекомые в процессе эволюции переняли очень консервативный фактор транскрипции и его действие для собственных нужд выживания без воды, выработав особую генную структуру и «приспособив» свою последовательность генома под эти «потребности». Наши данные предполагают следующую картину: HSF активируется во время обезвоживания, а затем HSF фактически самоактивируется, связываясь с восходящей областью своего собственного гена. Это приводит к активации нижестоящих генов, которые позволяют насекомым выживать при высыхании. Нас очень удивило то, что трегалоза сама по себе может активировать HSF».
Глядя в будущее, он продолжает: «Одним из потенциальных применений этого открытия будет сохранение клеток вне тела в сухом состоянии, если мы сможем активировать ген HSF. Теперь у нас есть хорошее понимание того, как это происходит. работает у этого насекомого, поэтому мы хотим выяснить, верно ли это и для других организмов».