Обнаружены биологические часы, управляющие развитием организма

Фото из открытых источников

Группа учёные из американской Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) выявила неизвестные ранее биологические «часы», управляющие развитием живых организмов благодаря белковому механизму, координирующему рост и переход к взрослой стадии. Работу описали в статье в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Моделью для эксперимента стал круглый червь Caenorhabditis elegans, которого широко применяют в генетических опытах. Эксперты установили, что развитие организма регулирует система, основанная на взаимодействии белков MYRF-1 и LIN-42. Они создают обратную регуляторную петлю, задающую алгоритм импульсов генетической активности. Эти сигналы стимулируют поэтапность прохождения стадий развития и корректность включения генов в нужный момент.

Одной из основных задач науки длительное время было понимание того, как клетки многоклеточных организмов достигают синхронизации изменения своей идентичности без нарушения общего роста. Оказалось, что выявленный белковый механизм функционирует как центральный таймер, задающий строгий порядок активации и подавления генов при развитии.

Авторы исследования отмечают, что эта система не является биологическими часами в традиционном смысле. Это однонаправленный регуляторный процесс, схожий с храповым механизмом, где каждый генетический импульс активируется один раз и строго по очереди, что и гарантирует необратимость механизмов роста и линьки.

Для расшифровки процесса специалистами было применено сочетание методик генетики, молекулярных экспериментов и секвенирования ДНК и белков, а также использование инструментов искусственного интеллекта, в том числе, AlphaFold. Анализ продемонстрировал, что импульсы MYRF-1 запускают каскад реакций, которые активируют LIN-42, регулирующий продолжительность и интенсивность временных сигналов, что и формирует общий темп развития.

Эксперименты показали, что при подавлении активности MYRF-1 происходят серьёзные нарушения развития у червей с фактической остановкой их жизненного цикла. Такие клеточные «часы», по всей видимости, синхронизированы во всех клетках организма, но схемы их взаимодействия между собой пока не до конца изучены.