Sonic hedgehog, ген, который играет решающую роль в расположении и росте конечностей, пальцев рук и ног, был подтвержден в неожиданном месте в эмбрионах развивающихся мышей – слое клеток, которое создает кожу.
Названный в честь персонажа видеоигры, Sonic hedgehog описывает как ген, так и белок, который он производит в организме. Его изучение важно для лучшего понимания врожденных дефектов человека.
Считалось, что он присутствует исключительно в слое клеток, строящих кости и мышцы, называемом мезодермой. Но исследователи Института генетики Университета Флориды обнаружили, что Sonic hedgehog также работает в зачатках конечностей мышей в так называемой эктодерме, клеточном слое, который дает начало коже у позвоночных.
Обнаружение Sonic hedgehog в этом слое клеток примерно сродни обнаружению того, что дрожжи переместились из жидкого теста в глазурь, что удивительным образом ограничивает подъем пирога. В буквальном смысле, вместо того, чтобы вызывать рост придатков у мышей, Sonic hedgehog, кажется, действует как отказоустойчивый механизм, предотвращающий появление дополнительных пальцев.
"Белок Sonic hedgehog определяет форму ваших конечностей и почему ваш мизинец находится внизу руки, а большой палец – вверху," сказал Брайан Д. Харф, доктор философии.D., доцент кафедры молекулярной генетики и микробиологии Медицинского колледжа UF. "Но то, что было опубликовано ранее, – это только часть картины. Мы определили, что передача сигналов Sonic hedgehog необходима в эктодерме для нормального формирования пальцев. Избавьтесь от этого, и лишняя цифра образует."
В этом случае, когда ученые нарушили передачу сигналов Sonic hedgehog в небольшой области зачатков конечностей эмбриональных мышей, в лапе мыши начал возникать дополнительный палец.
Открытие, которое будет опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences на этой неделе, предполагает, что роль ежа Соника в росте придатков намного сложнее, чем первоначально предполагалось. Биологам, занимающимся развитием, возможно, придется переосмыслить устоявшиеся теории о том, как формируются конечности у позвоночных – усилия, которые могут дать представление о врожденных дефектах человека.
"Мы использовали технологию, при которой вирусный белок ищет определенные последовательности ДНК," сказал Кортни М. Боулдин, аспирант междисциплинарной программы биомедицинских наук кафедры молекулярной генетики и микробиологии. "Мы сосредоточились на отключении белка, необходимого для передачи сигналов Sonic hedgehog. Хотя раньше он был удален с конечности, мы хотели специально удалить его из эктодермы. Когда мы это сделали, на последних стадиях развития мы увидели лишний хрящ и раннее начало другого пальца."
По словам Боулдина, передача сигналов Sonic hedgehog в эктодерме зачатков конечностей может действовать как буферная система, предотвращающая ненужный рост.
Исследование UF было инициировано исследованиями активности генов в зачатках конечностей мышей Уильямом Дж. Скотт, Д.V.M., Ph.D., профессор педиатрии в Университете Цинциннати. Скотт использовал эксперимент с микрочипами для изучения уровней экспрессии генов в эктодерме зачатков конечностей мышей, обнаружив активность, которая была бы невозможна без присутствия Sonic hedgehog.
Исследователи UF смогли продвинуть это исследование от клеточных исследований к разработке эмбрионов мышей, подавив экспрессию генов в небольшой области эктодермального слоя. Это позволило им наблюдать раннее развитие конечностей в отсутствие передачи сигналов Sonic hedgehog.
"Мнение было таким: если вы уменьшите сигнализацию, то во всяком случае у вас будет меньше пальцев," сказал Скотт, который не участвовал в исследовании УФ. "Теперь мы знаем, что нельзя игнорировать передачу сигналов Sonic hedgehog в эктодерме. Он по-прежнему оказывает преимущественное действие на ткань, в которой он производится, но он делает нечто большее, чем мы думали ранее. Когда мы попытаемся понять проблемы, возникающие при росте конечностей у людей, мы сможем изучить эти возможности."
Харф сказал, что следующим этапом работы будет наблюдение за тем, что происходит, когда передача сигналов Sonic hedgehog нарушается через более крупные сегменты эктодермального слоя. В конечном итоге исследователи надеются, что эта работа приведет к улучшению качества жизни людей.
"Мы хотим исправить дефекты конечностей у людей и улучшить регенерацию конечностей, помогая, например, людям, которые могут отрезать пальцы в результате несчастного случая," Харф сказал.