Новое исследование ученых из EMBL в Барселоне показывает, что метаболическая активность избирательно модулирует часы сегментации, которые различаются в зависимости от вида.

Эмбриональное развитие — это строго хронометрированный процесс. Многие клеточные активности должны быть синхронизированы для правильного формирования тканей и органов. Хотя молекулярные механизмы такого развития схожи у разных видов, скорость, с которой происходят эти процессы, значительно различается. Например, от оплодотворения до формирования органов у людей проходит около 60 дней, по сравнению с всего лишь 15 днями у мышей.

Мики Эбисуя, руководитель группы в EMBL Барселона, ныне профессор кафедры физики жизни Технического университета Дрездена, и ее группа решили определить, является ли метаболическая активность глобальным модулятором темпа развития.

Их выводы показали, что вопреки ранее существовавшей гипотезе в этой области, метаболизм не служит всеобъемлющим модулятором скорости развития у разных видов. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications .

Десятилетиями ученые спорили о том, действует ли метаболизм как общий глобальный модулятор, одновременно регулируя темп многих процессов развития. Недавние исследования показывают, что метаболическая активность может влиять на сроки развития.

Например, регулирование клеточного метаболизма может изменить темп процессов развития, таких как сегментационные часы (колеблющиеся гены, которые регулируют формирование сегментов тела, дающих начало позвонкам и ребрам) и нейрогенез (образование новых нервных клеток). Это привело к гипотезе о том, что метаболизм является конечным глобальным модулятором, контролирующим темп всех биологических процессов.

«Наша работа показывает, что межвидовые различия в темпах развития не могут быть приписаны одному принципу, а вместо этого являются результатом взаимодействия нескольких принципов», — сказал Мицухиро Мацуда, сотрудник Технического университета Дрездена и первый автор исследования.

Эбисуя и ее группа долгое время изучали сегментационные часы. Они состоят из трех ключевых молекулярных процессов: задержка обработки интронов — время, необходимое для обработки мРНК перед синтезом белка — производство белка и деградация.

В новом исследовании группа Эбисуя нарушила процессы метаболизма, чтобы изучить их влияние на ритм сегментационных часов. Они ингибировали гликолиз, путь, который расщепляет глюкозу для получения энергии, и наблюдали, что это замедлило деградацию важного белка, называемого Hes7, и увеличило время, необходимое для его производства.

Однако это ингибирование не повлияло на задержку обработки интронов. Напротив, ингибирование митохондриального метаболизма замедлило задержку обработки интронов, не влияя на деградацию и производство белка. Кроме того, они обнаружили, что объединение двух метаболических ингибиторов позволяет манипулировать всеми тремя процессами одновременно.

Ранее группа сообщала, что темп каждого молекулярного процесса в часах сегментации демонстрирует масштабирование у разных видов животных, то есть скорость развития тесно коррелирует со скоростью определенных молекулярных процессов у разных животных.

«Теперь мы считаем, что эти масштабы были достигнуты за счет комбинаций нескольких селективных модуляторов, сформированных эволюционными ограничениями, а не одного глобального модулятора», — сказал Эбисуя.