Недавно ученые провели эксперимент, в результате которого был создан шестиногий эмбрион мыши с дополнительной парой задних конечностей за счет наружных гениталий. Эта работа может пролить новый свет на ранние стадии развития животных и открыть ценную информацию о нашей собственной эволюции.
Химические инструкции
В начале жизни каждый организм, включая человека, начинает свой эмбриональный путь как простое скопление клеток, не имеющих выраженных конечностей. Эти эмбриональные клетки обладают необычайным потенциалом, который направляет их через сложный и точный процесс дифференциации, приводящий к формированию анатомических структур.
Этот процесс клеточной дифференцировки управляется сложной сетью химических инструкций, которые действуют как контрольные механизмы, регулирующие активацию или деактивацию определенных генов в зависимости от их расположения в развивающемся организме.
Эти инструкции, часто называемые факторами роста, играют решающую роль в эмбриональном развитии, контролируя различные аспекты роста клеток, специализации тканей и формирования органов.
Регуляция эмбриональных конечностей
Среди этих факторов роста особое значение имеет семейство трансформирующих факторов роста бета (TGF-β). Когда эмбриональные клетки подвергаются их воздействию, они реагируют на это выработкой специфических рецепторов — белков, расположенных на поверхности клеток и способных распознавать и связываться с факторами роста.
Рецептор Tgfβ1 — один из таких специфических рецепторов, связанных с семейством факторов роста TGF-β. Его роль особенно заметна в регуляции развития задних конечностей и наружных половых органов в процессе эмбриогенеза. Отвечая на сигналы факторов роста TGF-β, этот рецептор запускает каскад клеточных реакций, способствующих формированию и соответствующей дифференцировке важнейших анатомических структур.
Таким образом, рецептор Tgfβ1 действует как молекулярный оркестр, координируя сложные процессы, связанные с развитием задних конечностей и наружных половых органов. Он также обеспечивает их правильное формирование и гармоничную интеграцию в общую схему тела развивающегося организма.
Шестиногие эмбрионы
В недавнем исследовании ученые задались целью изучить влияние химических взаимодействий на эмбриональное развитие. Для этого они нацелились на ген, отвечающий за рецептор Tgfbr1, в середине развития эмбрионов мыши.
Изначально исследователи предполагали, что эта манипуляция повлияет на развитие спинного мозга. Однако результат оказался куда более удивительным: у эмбрионов появилась дополнительная пара задних конечностей за счет наружных половых органов.
3D-реконструкция эмбриона мыши с инактивированным Tgfbr1. Нормальные конечности выделены бирюзовым цветом, а дополнительные — пурпурным.
В итоге исследователи обнаружили, что рецептор Tgfbr1 играет важнейшую роль в развитии зачатков конечностей, влияя на формирование задних конечностей или гениталий путем изменения структуры ДНК внутри клеток. Деактивировав этот рецептор, команда невольно изменила экспрессию других генов, что привело к появлению дополнительных конечностей.
Таким образом, это исследование демонстрирует удивительную пластичность тканей и имеет важные последствия для понимания эволюции четвероногих млекопитающих. Хотя исследование проводилось на мышах, начальные пути развития схожи у многих животных, включая человека. Поэтому эти открытия могут пролить свет на наше понимание развития человека и открыть новые пути для медицинских исследований.
Подробности исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
