Podczas najwcześniejszych etapów życia maleńki zarodek przechodzi niezwykłą transformację, ustanawiając plan całej struktury ciała. Proces ten, znany jako tworzenie osi embrionalnej, zapewnia, że ​​niezbędne narządy i tkanki rozwijają się we właściwych lokalizacjach. Eksperci od dawna badają sygnały, które kierują ten proces, szczególnie rolę czynników matczynych, które stanowią podstawę do prawidłowego rozwoju. Jednym z najważniejszych z tych czynników jest białko Huluwa, które odgrywa kluczową rolę w wyzwalaniu niezbędnych szlaków komunikacyjnych w komórkach. Ścieżki te pozwalają komórkom wysyłać i odbierać sygnały, które kierują ich funkcją i pozycją w rozwijającym się zarodku. Podczas gdy naukowcy wiedzieli o roli Huluwy w rozwoju, dokładny sposób, w jaki funkcjonuje, pozostał niejasny – teraz.

Profesor Jing Chen z Syczuan University i współpracownicy dokonali znacznego postępu w zrozumieniu, w jaki sposób zarodki kręgowców ustanawiają osie ciała, co jest kluczowym krokiem we wczesnym rozwoju. Naukowcy wskazali specyficzny przełącznik molekularny w białku Huluwa, który kontroluje ten proces, zapewniając cenne wgląd w złożone mechanizmy kierujące wzrostem embrionalnym. To odkrycie rzuca nowe światło na to, jak sygnalizacja β-kateniny, istotny system komunikacji w komórkach regulujących aktywność genów, jest kontrolowana podczas tworzenia osi.

Odkrycia profesora Chena, opublikowane w Nature Communications, ujawniają, że pojedynczy aminokwas, seryn 168, w białku Huluwa jest niezbędny do aktywacji sygnalizacji β-kateniny. Aminokwasy są blokami budulcowymi białek, a seryna 168 działa jako kluczowe miejsce do regulacji. Proces ten ostatecznie kieruje tworzenie się osi w rozwijaniu zarodków danio pręgowanego i Xenopus, zapewniając odpowiednio ustrukturyzowane ciało.

Zespół profesora Chena odkrył, że zmiana seryny 168 na inny aminokwas, alanina, całkowicie powstrzymała Huluwa przed wykonywaniem jej funkcji. Ta zmiana osłabiła zdolność białka do przyłączania się do innych ważnych cząsteczek, w szczególności Tankyrazy 1 i Tankyrase 2, które są enzymami, które pomagają kontrolować stabilność białek zaangażowanych w sygnalizację komórkową. W rezultacie kluczowe białko zwane aksiną, które odgrywa rolę w regulacji poziomów β-kateniny, nie zostało rozbite w razie potrzeby, co prowadzi do zakłócenia sygnalizacji β-kateniny. To odkrycie podkreśla, jak ważny jest seryna 168 w wyznaczaniu reakcji łańcuchowej, która zapewnia właściwe tworzenie układu ciała. Ponadto naukowcy zidentyfikowali kilka enzymów odpowiedzialnych za dodawanie grup fosforanowych do białek-takich jak kinaza zależna od cykliny 16, kinaza zależna od cykliny 2 i kinaza syntazy glikogenu 3β. Enzymy te działają jak przełączniki molekularne, włączając lub wyłączając białka w celu regulacji procesów komórkowych i pomagają Huluwa w wykonywaniu jej funkcji w tworzeniu osi.

„Badania te pokazują, że fosforylacja, dodanie grupy fosforanowej do białka, w serynie 168 ma kluczowe znaczenie dla roli Huluwy w sygnalizacji β-kateniny i tworzeniu osi ciała”, wyjaśnił profesor Jing Chen. „Zidentyfikując ten przełącznik molekularny, mamy teraz głębsze zrozumienie, w jaki sposób Huluwa jest kontrolowana na poziomie komórkowym, co jest niezbędne do zapewnienia normalnego rozwoju embrionalnego”.

Znaczenie tych odkryć wykracza poza wczesny rozwój. Zrozumienie, w jaki sposób powstaje plan organizmu, może mieć szersze zastosowania w medycynie, szczególnie w terapiach regeneracyjnych, które obejmują naprawę lub wymianę uszkodzonych tkanek oraz warunki wpływające na procesy rozwojowe. Zdolność do dostosowywania sygnalizacji β-kateniny poprzez ukierunkowane modyfikacje molekularne może utorować drogę do nowych metod leczenia, szczególnie w przypadkach, w których normalne szlaki wzrostu są zakłócane.

Badania profesora Chena dotyczące fosforylacji Huluwy dostarczyły wyraźniejszego obrazu, w jaki sposób zarodki rozwijają swój plan strukturalny. Przyszłe badania mogą zbadać, czy podobne przełączniki molekularne istnieją w innych organizmach, czy też mechanizm ten można zastosować do powiązanych procesów biologicznych. Gdy naukowcy nadal odkrywają złożone interakcje między białkami, które kształtują wczesne życie, odkrycie to jest ważnym krokiem naprzód w biologii rozwojowej.

Referencje dziennika

L., Gong Y, Gong B., Zheng Q., Zhou H., Sum J., L., Chen W., Chen W., Meng A., Natur Communication, 2024. Doi: https://doi.org/10.1038/S41467-024-54450-4

O autorze

Dr Jing Chen, profesor: Główny badacz na Wydziale Chirurgii Pediatrycznej i Laboratorium Chirurgii Pediatrycznej w West China Hospital, Syczuan University, Chengdu, Chiny.

Jego badania koncentrują się przede wszystkim na biologii rozwojowej, szczególnie mechanizmach regulujących tworzenie się osi, wzornictwa i morfogenezie. Prace dr Chena wykorzystuje modele danio pręgowanego/myszy i zaawansowane techniki biologii do rozwiązywania złożonych sieci regulacyjnych, które rządzą procesami rozwojowymi, z implikacjami dla zrozumienia zaburzeń wrodzonych i biologii rozwojowej na dużym poziomie. Pionierskie prace Chena w biologii rozwojowej przyniosły wielkie odkrycia, z przełomowymi badaniami opublikowanymi w NaukaW Nature Communications, Human Genetics, Journal of Genetics and Genomics, Journal of Biological Chemistry, I Biologia molekularna i ewolucja. Te przełomowe wkłady zasadniczo rozwinęły nasze zrozumienie trójwymiarowej regulacji morfogenetycznej.