Эмбриональный скейлинг и регулирующие его гены-скейлеры.
A и B. Личинки морского ежа Strongylocentrotus droebachiensis и головастики шпорцевой лягушки Xenopus laevis развившиеся из эмбрионов дикого типа (слева на каждом фото) и из единичных клеток, выделенных из 2х-клеточных эмбрионов (справа на каждом фото). С. Полипы актинии Nematostella vectensis, развившиеся из эмбриона дикого типа (слева) и из единично клетки, выделенной из 4х-клеточного эмбриона (справа) (фото Фёдора Ерошкина). D. Графическая схема, суммирующая результаты статьи.
Проанализировав in silico около полумиллиона вариантов различных математических реакционно-диффузионных моделей самоорганизации морфогенетических градиентов, авторы выяснили, что в том случае, когда такая модель способна воспроизводить скейлинг градиента при изменении размера реактора, она действительно всегда имеет в своем составе белок, концентрация которого при этом резко меняется. Такие белки, играющие роль датчиков размера и названные авторами скейлерами, необходимы для правильного скейлинга морфогенетических градиентов. На основе полученных данных, был разработан метод прицельного поиска генов, кодирующих скейлеры, у реальных эмбрионов. В результате на экспериментальной модели эмбрионов шпорцевой лягушки авторы выявили гены, которые действительно резко меняли свою экспрессию в ответ на изменение размера эмбриона (Рис. 1D). Интересно, что число таких генов оказалось крайне небольшим (около двадцати). Для одного из них, гена секретируемой металлопротеиназы 3 (Mmp3), впервые был описан неизвестный ранее молекулярный механизм, позволяющий подстраивать под размер эмбриона масштаб диффузионных градиентов морфогенных белков Chordin и Noggin1/2 (Рис. 1D). В период раннего развития именно эти градиенты определяют разметку клеточных территорий, дифференцирующихся затем в основные зачатки эмбриональной оси тела - нервную систему, хорду, сомитную мезодерму и вентральную мезодерму (Рис. 1D).
Разработанный подход может быть использован и в любых других случаях, когда необходимо изучить заранее неизвестные механизмы эмбрионального скейлинга у самых разных модельных организмов. Работа поддержана грантом РНФ №19-14-00098 и опубликована в журнале Developmental Cell.