Согласно новому исследованию, у червя Caenorhabditis elegans идентичность каждого из 116 типов нейронов определяется уникальным набором белков, содержащих гомеодомен. Об этом сообщается на страницах журнала Nature.
Каким образом задается функциональная и молекулярная специфичность множества типов нейронов животных? Самый простой, интуитивно понятный способ – задавать идентичность типа нейронов с помощью различных комбинаций нескольких белковых факторов. До недавнего момента, тем не менее, не было известно ни одного организма, у которого бы реализовалась такая элегантная схема.
Но недавно на страницах Nature появилось сообщение, что у круглого червя Caenorhabditi selegans каждый из 116 типов нейронов имеет уникальную комбинацию белков, содержащих гомеодомен, которые образуют «молекулярный паспорт» типа нейронов.
Белки, содержащие гомеодомен, представляют собой мощнейшие регуляторы развития животных. Гомеодомен кодируется специфической последовательностью, известной как гомеобокс, а гены, имеющие гомеобокс, называют Hox-генами. Важнейшая функция Hox-генов – регуляция развития животного вдоль передне-задней оси. Ряд свидетельств участия некоторых Hox-генов в развитии нервной системы у C. elegans получили за последние годы с помощью анализа мутантов по разным Hox-генам.
Авторы исследования детально изучили паттерны экспрессии («рисунки» активности) каждого из 102 Hox-генов червя в нервной системе, вставляя по очереди в каждый Hox-ген последовательность, кодирующую зеленый флуоресцентный белок (GFP), и наблюдая за свечением сложного белкового продукта. Этот продукт состоял из гомеодоменного белка, сшитого с GFP. Экспрессию Hox-генов детально изучили в каждом из 302 нейронов червя.
Ученые установили, что в нейронах зрелого червя экспрессируются 80 Hox-генов. 12 из них проявляют свою активность в нейронах всех типов, причем три Hox-гена активны только во всех нейронах и нигде больше. Семь Hox-генов активны только в одном из 116 типов нейронов. А более двух третей всех Hox-генов, активных только в нейронах, экспрессируются менее чем в 10 процентах всех типов нейронов.
Любопытно, что нейроны, в которых активируется одинаковый набор Hox-генов, не всегда выделяют одинаковый нейромедиатор. За исключением дюжины Hox-генов, активных во всех нейронах, не существует даже двух Hox-генов, которые были бы одновременно активны в разных типах нейронов у C. elegans.
Таким образом, «гомеобокс-код» представляет собой основу разнообразия нейронов и идентичности разных типов нервных клеток. Авторы работы полагают, что активность разных комбинаций Hox-генов в разных типах нейронов может отражать эволюционную историю их происхождения и обособления.
Текст: Елизавета Минина
Unique homeobox codes delineate all the neuron classes of C. elegans by Reilly, M.B., Cros, C., Varol, E. et al.. Nature (2020).
DOI: 10.1038/s41586-020-2618-9
