Исследователи из лаборатории Cold Spring Harbor Laboratory выявили механизм, который можно рассматривать как центральные «развивающие часы» у круглого червя C. Elegans, пишет Science Daily.

Работа объясняет, как клетки координируют строго упорядоченные этапы развития организма, обеспечивая переход от одной стадии роста к другой в правильной последовательности и с точной временной регуляцией.

Ранее эта же группа учёных показала, что развитие C. elegans контролируется не непрерывной активацией генов, а последовательными импульсами (пульсами) экспрессии генов. Однако оставалось неясным, какой механизм задаёт точный ритм этих импульсов и не позволяет им сбиваться.

В новом исследовании было установлено, что ключевую роль в этом процессе играют два белка — MYRF-1 и LIN-42. Вместе они формируют регуляторную обратную связь, которая функционирует как своего рода биологический «таймер», координирующий запуск и завершение каждого этапа генетической активности.

По словам авторов, это первый описанный пример несамоповторяющегося биологического часовоподобного механизма такого типа. В отличие от классических циркадных ритмов, которые циклически повторяются, этот механизм работает как однократная последовательность событий, обеспечивающая поступательное развитие организма.

MYRF-1 выполняет роль стартового сигнала для каждого этапа развития и одновременно участвует в контрольных точках, фиксирующих его завершение. После запуска очередного «генетического импульса» он активирует белок LIN-42, который регулирует интенсивность и длительность экспрессии генов. Вместе они обеспечивают точную последовательность развития и предотвращают сбои в переходах между стадиями.

Эксперименты показали, что блокировка MYRF-1 приводит к полному нарушению программы развития: организм не способен продвигаться через последовательные стадии роста. Это подчёркивает критическую роль данного белка как центрального элемента регуляторной системы.

Исследователи также использовали молекулярные методы, секвенирование ДНК и белков, а также инструменты структурного моделирования, включая AlphaFold, чтобы уточнить взаимодействия между компонентами системы.

Одним из открытых вопросов остаётся то, как отдельные клеточные «часы» синхронизируются между собой. Хотя механизм MYRF-1/LIN-42 присутствует во всех клетках организма, на уровне развития он работает согласованно, создавая единый ритм роста. Учёные пока не знают, происходит ли между клетками активная коммуникация для поддержания этой синхронизации.

В перспективе понимание таких систем может помочь объяснить природу нарушений развития и ряда генетических заболеваний, связанных со сбоями клеточного роста и дифференцировки. Исследование также расширяет представления о том, как многоклеточные организмы координируют сложные программы развития во времени.