Нематода C. elegans обладает настоящим организаторским талантом: крошечные животные длиной всего один миллиметр живут всего две-три недели, а половая зрелость длится всего четыре дня. Тем не менее за этот короткий период им удается произвести более 300 потомков. Чтобы эта амбициозная программа развития функционировала оптимально, большое количество процессов должно быть синхронизировано внутри их ячеек. Генетики из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) расшифровали центральный сигнальный путь, который кодирует и контролирует эти процессы. Их исследование было недавно опубликовано в международном научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Для размножения C. elegans должны производить гаметы, то есть мужские сперматозоиды и женские яйцеклетки. Они развиваются из недифференцированных делящихся стволовых клеток. «Функциональные зародышевые клетки особенные, потому что они не содержат двойного набора хромосом и больше не способны к делению», - говорит профессор Кристиан Р. Экманн, специалист по генетике развития и профессор Гейзенберга в MLU. Для производства гамет должны быть параллельно секвенированы самые разные программы: «С одной стороны, генетический материал исходных клеток должен быть разделен вдвое в процессе клеточного деления. С другой стороны, должна иметь место половая дифференциация на мужские и женские. Кроме того, для реализации этих процессов требуется обширная внутриклеточная реструктуризация, которая должна безупречно сцепляться, если клетки должны развиваться успешно», - продолжает Экманн. Очень сложный часовой механизм с множеством взаимосвязанных шестерен дает некоторое представление об уровне сложности последовательности.
Эти процессы контролируются РНК-связывающими белками. Вне ядра, в цитоплазме, эти белки регулируют избирательную активацию генов. Чтобы зародышевая клетка развилась из стволовой клетки, необходимо разрушить два специфических РНК-связывающих белка, чтобы реорганизовать генетическую программу клетки. Ранее было неясно, как, когда и почему подается сигнал для этого переключателя развития. Исследователи из Галле выяснили, что уже знакомый сигнальный путь MAP-киназы играет центральную роль. Экман резюмирует этот процесс следующим образом: «Каскад деградации белка инициируется посредством этого молекулярного пути, в конце которого два белка-мишени CPB-3 и GLD-1 распознаются, инактивируются и разрушаются».
Генетики из MLU смогли продемонстрировать, что этот процесс происходит уже на очень ранней стадии мейоза и соответствует по времени началу половой дифференциации женских половых клеток. Таким образом, процессы оптимально скоординированы. По словам Экманна, «особенность этих процессов заключается в том, что в них участвуют известные молекулы с очень длинной эволюционной историей, ранее привлекавшие внимание как супрессоры образования опухолей в контексте нормального клеточного деления. У C. elegans эти молекулы чередовались в инновационным способом. Процессы были адаптированы и скоординированы во времени, чтобы способствовать оптимизированному и быстрому производству зародышевых клеток». Эти выводы исследовательской группы MLU по генетике развития предполагают, что та же самая генетическая программа может работать и в зародышевых клетках других, более сложных организмов, хотя и в менее сжатой форме..