Досліджуючи ембріональний розвиток мишей, науковці виростили ембріон, у якого замість зовнішніх геніталій виросла додаткова пара задніх ніг. Як з'ясувалося, річ у гені Tgfbr1, який виявився спільним регуляторним елементом у формуванні як геніталій, так і ніг у чотириногих тварин, до яких належать усі сучасні ссавці. Тому дослідження може допомогти краще зрозуміти, як розвиваються ембріони ссавців у нормі та при патологіях. Результати опубліковані у журналі Nature Communications.
Нормальний ембріон миші (зліва) та шестиногий ембріон без геніталій (справа). Anastasiia Lozovska et al. / Nature Communications, 2024
👋 Слідкуйте за наукою разом з нами — підписуйтеся на наш телеграм та інстаграм, буде цікаво!
Яким чином ноги й геніталії розвиваються спільно?
Довгий час дослідникам було відомо, що у багатьох чотириногих тварин зовнішні геніталії та задні кінцівки під час ембріонального періоду розвиваються з однакових зачатків. Як свідчили попередні досліди на мишах, контроль цього процесу у ссавців належить низці генів. Однак результат їхнього функціонування проявляється по-різному в кінцівках і самих геніталіях, що наводило на думку про існування ще одного регуляторного механізму, який визначає, як саме тканини реагуватимуть на роботу цих генів — запустять формування геніталій або ж ніг.
Завдяки дослідженню розвитку ембріонів мишей науковці змогли знайти потенційний «перемикач», що визначає, де розвиваються, які частини тіла.
Як вдалося виростити шестиногу мишу?
Науковці вивчали один із рецепторних білків, Tgfbr1, який залучений до регуляції багатьох аспектів розвитку ембріонів. Вони початково заблокували відповідний йому ген у задній половині ембріонів мишей на етапі, коли зачатки геніталій та ніг вже сформувалися.
Через деякий час науковці помітили, що в одного з відредагованих ембріонів замість зовнішніх геніталій виросли дві додаткові кінцівки. З'ясувалося, що Tgfbr1 спрямовує розвиток структур до шляху геніталій чи ніг завдяки впливу на згортання ДНК у клітинах, що визначає експресію генів. І тому блокування сполуки тягне за собою зміну експресії генів у ДНК, за якої формування зовнішніх статевих органів не запускається.
Чим важливі ці знання?
Таким чином, науковці показали, що задні кінцівки та геніталії справді розвиваються зі структур, що початково є ідентичними. І що Tgfbr1 є одним із основних регуляторів розвитку кінцівок та геніталій. У такому разі він може допомогти зрозуміти, як порушення його роботи призводять до патологічних вроджених станів, зокрема у людей.
Однак відкритим залишилося питання щодо того, як саме активність Tgfbr1 контролює розділення формування двох структур у тканинах, тобто, що в одному місці його вплив запускатиме формування ніг, а в іншому — статевих органів. Імовірно, його вплив опосередкований іншим механізмом або навіть кількома, визначення яких ще слід провести у наступних дослідах.
- Вивчати розвиток частин тіла та органів складно, оскільки ембріони важко виживають у пробірках, де їх зручно вивчати. Але науковці знайшли спосіб дорощувати зародки поза маткою до періоду, коли в них починають формуватися зачатки органів.