В предыдущих экспериментах биологи из Университета штата Индиана под руководством Эдуардо Заттары (Eduardo Zattara) деактивировали ген orthodenticle, участвующий в развитии органов, расположенных на голове навозного жука. Деактивация единственного гена привела к значительным морфологическим изменениям: рожки на головах жуков вообще не выросли, зато между двух фасеточных глаз начал развиваться третий. Тогда генетики преследовали другие цели, и новый орган стал побочным результатом
Смещение органа в необычное для него место в организме или развитие дополнительных органов называется «эктопией». Искусственно индуцированную эктопию у животных ученые часто используют для изучения процессов развития органов и тканей.
Заттара и его коллеги продолжили эксперименты с насекомыми, на этот раз со скарабеями видов Onthophagini и Oniticellini. Они выключили у личинок тот же ген, с которым работали в прошлый раз, и получили тот же результат: третий глаз между нормальных двух. На полноценный фасеточный глаз он был не похож, но многочисленные анализы показали, что в новом органе развились те же клетки, из которых состоит нормальный глаз, включая светочувствительные рецепторы и нервные волокна. В тканях нового органа экспрессировались те же гены, что активно работают в нормальных глазах насекомых. Более того, орган оказался функциональным: светочувствительные клетки регистрировали свет и передавали сигнал по зрительным нервам в мозг жуков.
Сложные органы, такие как конечности, мозг или глаза, развиваются в результате упорядоченной экспрессии многих генов; в каждый момент развития судьбу стволовой клетки определяет множество факторов, которые при нормальных условиях направляют ее развитие по нужному пути; в результате этих процессов соответствующие клетки сложных органов распределяются в нужном порядке. Тем удивительнее оказались результаты Затарры, доказавшие, что для развития сложного органа может быть достаточно деактивации всего одного гена.
Генетические эксперименты с эктопией помогают разобраться в том, как развиваются сложные органы; в будущем накопленные знания об их развитии могут лечь в основу технологии выращивания искусственных органов, пригодных для трансплантации.
Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS.
Наука
Ксения Малышева
