Диссертация (Ранние молекулярные и клеточные события формирования мезодермы у нереидных полихет), страница 12

Во времягаструляции домены экспрессии FoxA вокруг бластопора включают как поверхностные(презумптивные стомоидальные), так и погружающиеся вглубь (презумптивныеэнтодермальные) клетки. На личиночных стадиях экспрессия в средней кишке уизученных аннелид заметно ослабевает или исчезает вовсе, зато интенсивнаятранскрипция FoxA наблюдается в стомодеуме (зачаток передней кишки) и, иногда, –проктодеуме. Кроме того, для Hydroides отмечена непродолжительная экспрессияодного из паралогов FoxA в эктомезодерме (предположительно зачатке т.н.

головнойпочки – протонефридиях) (Arenas-Mena, 2006).В эктомезодермальных клетках, лежащих спереди и по бокам от бластопора,также обнаружена экспрессия ортологов FoxA и Goosecoid у моллюска Patella vulgata(Lartillot et al., 2002b). В связи с этим авторы гомологизируют эктомезодерму спиралийс прехордальной пластинкой позвоночных. Однако у другой гастроподы – Haliotisrufescens – экспрессия FoxА была локализована только в эктодермальных частях кишки53– стомодеуме и проктодеуме (Dunn et al., 2007). FoxА также широко транскрибируется уPatella в стомодеуме и энтодерме, а Goosecoid – в стомодеуме и эктодерме мантийнойскладки (Lartillot et al., 2002b).

Экспрессия Goosecoid в развитии Capitella приуроченаисключительно к эктодермальным клеткам, расположенным спереди от областибластопора ранних зародышей (Boyle et al., 2014). Позднее сигнал мРНК выявляется вповерхностных клетках вокруг стомодеума и в ассоциированных с передней кишкойглубинных нейронах. У полихеты P. dumerilii экспрессию Goosecoid изучали лишь настадиях трохофорной личинки и обнаружили транскрипты этого гена в стомодеуме идвух прилегающих к нему с боков группах клеток, предположительно нейральнойприроды (Arendt et al., 2001).Гомолог Brachyury у ранних зародышей Capitella экспрессируется в большинствебластомеров, но с разной интенсивностью (Boyle et al., 2014).

В ходе гаструляции мРНКраспределяется по клеткам, примыкающим к бластопору с разных сторон, причем,учитывая глубину залегания, в этом паттерне выявляется некоторая асимметрия. Наличиночных стадиях экспрессия Brachyury наиболее ярко проявляется на заднейстороне стомодеума и на самом заднем полюсе тела, и в меньшей степени – впреоральной эктодерме и внутренних энтодермальных и мезодермальных тканях. Упоздних сегментированных личинок Capitella ген активно транскрибируется в переднейи задней кишке, а также в головном мозге и мезодермальных полосках (Boyle et al.,2014). Похожий паттерн активности Brachyury, охватывающий заднюю границустомодеума, клетки вентромедиальной линии, проктодеум и среднюю кишку, известендля личинок P.

dumerilii (Arendt et al., 2001). Гомолог Brachyury был выделен и уполихетыHydroideselegans,обладающейгомоквадрантнымдроблениемипитающейся трохофорной личинкой, что, несомненно, является примитивнымипризнаками. Во время гаструляции Hydroides Аренас-Мена (Arenas-Mena, 2013)отмечает динамичную экспрессию Brachyury в клетках архентерона – сначала по центруинвагинации, а затем в крае бластопора. На основе сравнительного анализа авторпредполагает, что brachyury у спиралий связан не со спецификацией кишки, а сморфогенетическими движениями гаструляции. Очень кратковременной экспрессиейобладает гомолог Brachyury у олигохеты Tubifex, проявляясь в клетках третьегоквартета микромеров (проспективный стомодеум) с момента их рождения до деленияи на гораздо более поздних стадиях – в проктодеуме (Kitakoshi, Shimizu, 2010). Вразвитии моллюска Patella vulgata ген Brachyury начинает экспрессироваться со стадии54детерминации бластомера-организатора 3D как раз в этой клетке (Lartillot et al., 2002a).Позднее сигнал распространяется на соседние бластомеры – 3c, 3d (и их потомки), атакже непродолжительное время остается в дочерних клетках 3D – 4D и 4d.

По мерезамыкания бластопора Brachyury экспрессируется вдоль его задней границы – отзадней оконечности стомодеума по вентромедиальной линии до проктодеума (Lartillotet al., 2002a).Гомологи Zn-фингерных ТФ GATA у билатеральных животных формируют двеподгруппы паралогов – GATA1/2/3 и GATA4/5/6. В пределах каждой из подгрупп уотдельноговидавстречаетсяпоследовательностей,чточащеотодноговсегодоявляетсянесколькихособенностьюгомологичныхвпределахфилогенетической линии относительно низкого порядка.

Гомологи GATA1/2/3экспрессируются у Bilateria в эктодермальных тканях, а представители подгруппыGATA4/5/6 – в мезэнтодермальных клетках. У аннелид Chaetopterus, Themiste, P.dumerilii и Capitella обнаружено от 1 до 3 паралогов GATA4/5/6, отличающихся своейтканеспецифичностью. У Chaetopterus, Themiste и Capitella хотя бы по одному из геновGATA4/5/6 экспрессируется и в энтодерме, и в части прилегающих к кишкемезодермальных клеток (Boyle, Seaver, 2008; Boyle, Seaver, 2010). При этом отмечается,что на ранних стадиях развития экспрессия этих генов происходит во всем четвертомквартете микромеров, за исключением клетки 4d.

Напротив, у полихеты P. dumeriliiединственный выявленный представитель GATA4/5/6 обнаруживает свою активность вМ-клетках и повсеместно в мезодермальных полосках – производных 4d (Gillis et al.,2007). Один из паралогов GATA4/5/6 у Capitella (CapI-gataB3) также имеетисключительно мезодермальную тканеспецифичность, а другой (CapI-gataB1), равнокак и Tl-GATA456a у Themiste, – экспрессируется только в пределах средней кишки.Резюмируя приведенные данные по активности “бластопоральных” генов уSpiralia, следует отметить большую вариабельность их тканеспецифичности, чтоговорит не в пользу их анцестральной и консервативной роли в развитии того илииного зародышевого листка или зачатка. В разных группах червей и моллюсковдиверсификация планов строения и более тонких черт шла, скорее всего, на основеприобретениякаждымгеном-ортологомсвоегонеповторимогорегуляторногоаппарата и закрепления уникальной функции в развитии.

На личиночных стадиях, побольшей части, эти гены участвуют в молекулярной разметке кишки и соседствующихтканей. Их активность вокруг бластопора (в период раннего развития) наталкивает на55мысль овозможной роли впаттернировании зародышаи контроленадморфогенетическими движениями гаструляции.***К другой представляющей для нас интерес группе генов, составляющих т.н. GMP(“germline multipotency program”, или кратко “germline genes”), относятся Vasa, Piwi,Nanos и их выше- и нижележащие партнеры.

Vasa, Piwi и Nanos кодируют не ТФ, абелки, взаимодействующие с молекулами РНК, и считаются регуляторами трансляции.У Metazoa гены GMP играют ключевою роль в развитии клеток половой линии идифференциально экспрессируются в них со стадий ППК до зрелых ооцитов (Extavour,2007; Ewen-Campen et al., 2009; Shukalyuk, Isaeva, 2013). В ходе раннего эмбриогенезазачастуюпродуктыэтихгеновсегрегируютсявопределенныебластомеры,предопределяя развитие полового зачатка.У всех Spiralia за исключением планарий исследования динамики экспрессииGMP генов указывают на их активность именно в клеточной линии 4d, из которой ивыделяются ППК.

В мезодермальных полосках у зародышей и трохофор моллюсковIlyanassa и Haliotis была обнаружена дифференциальная экспрессия генов Vasa, PL10 иNanos (Rabinowitz et al., 2008; Swartz et al., 2008; Kranz et al., 2010). Примечательно, чтои у полихеты Capitella мезодермальные полоски, которые, как известно, образуются изклеток 3c и 3d, также экспрессируют гомологи Vasa, Piwi и Nanos вплоть до завершениясегментации личинки (Dill, Seaver, 2008; Giani et al., 2011).

У поясковых аннелид(олигохеты Tubifex и пиявки Helobdella) транскрипты генов Piwi и паралогичных Vasa иp68 длительное время обнаруживаются и в мезотелобластах, и в первичных бластныхклетках зародышевой полоски (Oyama, Shimizu, 2007; Oyama et al., 2008; Cho et al.,2014). Как правило, на поздних стадиях развития экспрессия GMP генов у аннелидсохраняется лишь в ППК и зоне роста, но может возникнуть de novo в клетках разныхзародышевых листков в ходе регенерации и бесполого размножения (Костюченко идр., 2016; Giani et al., 2011; Kozin, Kostyuchenko, 2015).У нереиды P.