ИСТИНА

Индукционная активность «эмбрионального организатора», впервые описанного Шпеманом и Мангольд в 1924 году (Spemann, Mangold, 1924), является одним из самых ярких примеров необходимости межклеточных взаимодействий для корректного формирования плана строения как целого. В современной биологии развития термином «эмбриональный организатор» обозначается «регион, фрагмент которого способен к индукции вторичной оси тела при эктопической трансплантации» (Stewart and Gerhart, 1990). Распространенность эмбриональных организаторов среди самых разных таксонов животных, а также их консервативность (как функциональная, так и биохимическая), заставляют задуматься о том, насколько рано в эволюции появились регионы-организаторы, каковы их эволюционно-первичные и эволюционно-консервативные черты, можно ли считать организаторы далеких друг от друга таксонов гомологами. Для того чтобы приблизиться к решению этих проблем, необходимо детально изучить регионы-организаторы низших многоклеточных животных и сопоставить полученную информацию с имеющимися данными по эмбриональным организаторам высших Metazoa. В качестве модельных объектов мы собираемся использовать представителей типа Cnidaria - низших многоклеточных животных, обладающих простым и эволюционно примитивным планом строения, удобным для экспериментального изучения. Исходя из того, что индукционные взаимодействия в развитии Cnidaria в настоящее время практически не изучены, необходимо в первую очередь выявить регионы, выполняющие функции организатора в развитии разных представителей этой группы. Затем будет предпринято детальное изучение и сравнительный анализ особенностей индукционной активности этих регионов у разных видов Cnidaria. Для выполнения проекта нами подобраны объекты, относящиеся к трем классам книдарий: Dynamena pumila, Gonothyraea loveni, Clava multicornis, Сoryne loveni (Hydrozoa), Aurelia aurita (Scyphozoa), Nematostella vectensis (Anthozoa). Опираясь на имеющиеся литературные данные (Browne, 1909; Broun, Bode, 2002; Hayward et al., 2002; Stumpf et al., 2003; Broun et al., 2005; Kusserow, et al., 2005; Rentzsch et al., 2006; 2007; Lee et al., 2006; Matus et al., 2006; Momose and Schmid, 2006; Plickert et al., 2006; Momose et al., 2008), а также результаты собственных предварительных исследований (Kraus et al., 2007), мы считаем целесообразным изучение индукционной активности следующих регионов: гипостом полипа и верхушки роста колонии; задний конец личинки-планулы, соответствующий, как правило, гипостому полипа; полюс, на котором происходит интернализация энтодермы у видов с поляризованной гаструляцией, соответствующий, как правило, заднему концу планулы. Основным методом исследований будут трансплантационные эксперименты. Результаты этих экспериментов будут анализироваться методами световой микроскопии, гистологии, сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии, что обеспечит наиболее корректную интерпретацию экспериментальных данных. Параллельное изучение сразу нескольких представителей модельной группы животных обеспечивает получение данных для сравнительного анализа.

В ходе выполнения проекта были получены следующие основные результаты. 1. Было проведено детальное изучение особенностей индукционной активности эмбрионального организатора (губы бластопора) актинии Nematostella vectensis (Kraus et al., 2010; Краус и др., 2011). Пересадка фрагмента губы бластопора от эмбриона-донора в крышу бластоцеля эмбриона-реципие нта приводит к формированию у последнего вторичной эктопической оси тела. Методами гистологии и электронной микроскопии описано «нормальное развитие» вторичной оси, формировавшейся в результате трансплантации, выявлены 6 основных вариантов ее строения. В экспериментах по пересадке нескольких фрагментов губы бластопора одного донора разным эмбрионам-реципиентам выявлена функциональная асимметрия эмбрионального организатора Nematostella. Изучено влияние возраста донора / реципиента на эффективность индукционного воздействия. Оказалось, что максимальным индукционным потенциалом обладает губа бластопора средней гаструлы, а наиболее восприимчивы к индукционному воздействию эмбрионы на стадиях ранней и средней гаструлы. Начато изучение динакмики экспрессии генов в тканях эмбриона-реципиента от момента имплантации фрагмента губы бластопора и до завершения формирования эктопической вторичной оси. Проведены эксперименты по фармакологической гиперактивации канонического Wnt- каскада у эмбрионов-доноров. Показано, что долговременная гиперактивация этого сигнального пути блокирует индукционную активность губы бластопора. Сделан предварительный вывод о том, что активность регионов-организаторов Nematostella и Hydra различается на молекулярном уровне. 2. Одной из задач проекта является выявление у колониальных книдарий регионов, обладающих свойствами организатора. В качестве наиболее вероятных регионов-кандидатов нами были протестированы: 1) апикальная область верхушки роста побега колониальных гидроидов Gonothyraea loveni и Laomedea flexuosa; 2) кончик гипостома гидранта колонииального гидроида Clava multicornis; 3) задний конец личинки-планулы колониальных гидроидов Dynamena pumila и Gonothyraea loveni; 4) губа бластопора эмбриона сцифоида Aurelia aurita, проходящего в развитии стадию инвагинационной гаструлы. Основным результатом этих экспериментов можно считать подтверждение гипотезы о том, что и апекс верхушки роста и задний конец личинки гидроидов со сложно устроенной колонией являются регионами ? организаторами (Краус и др., 2011; Краус, 2011). Организатором также оказался кончик гипостома атекатного гидроида C. multicornis. Эмбриональный организатор у A. aurita выявить не удалось. 3. Суммируя наши данные по регионам-организаторам книдарий с имеющимися литературными данными (Broun, Bode, 2002; Plickert et al., 2006; Stumpf et al., 2010), мы сделали следующие выводы: - Регионы - организаторы широко распространены среди книдарий, в том числе и колониальных. Этот факт позволяет сделать вывод об эволюционной древности индукционных взаимодействий. - Наиболее косервативными регионами-организаторами книдарий можно считать задний конец личинки-планулы колониальных гидроидов, верхушку роста гидроидной колонии, кончик гипостома полипа / зооида колонии. - Мы считаем, что регионы ? организаторы появились в эволюции книдарий как регионы, обеспечивающие поддержание пространственной организации взрослых животных, находящихся в состоянии постоянного роста и развития.