Ученые обнаружили уникальный механизм сегментации у кольчатых червей

Схемы активности генов engrailed и wnt1 на разных стадиях развития нереиса Alitta virens

© Kairov and Kozin / Evolution and Development, 2025

Ученые впервые детально описали молекулярный механизм, благодаря которому тело кольчатых червей разделяется на сегменты. Для этого авторы проследили за работой ключевых генов, отвечающих за сегментацию, на всех этапах развития червя-нереиса — от эмбриона до взрослой особи. Знание того, как организм в процессе развития разделяется на повторяющиеся модули, позволяет лучше понять эволюцию более сложных животных и человека, а также процессы восстановления тканей после повреждений. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Evolution and Development.

У большинства животных тело разделено на сегменты. Например, у дождевых червей оно состоит из множества одинаковых колец, у насекомых — из головы, груди, брюшка и членистых ног. Более того, разделение на сегментарные единицы лежит в основе формирования человеческой нервной системы, позвоночника, ребер и мышц туловища. Поэтому, исследуя, как тело разделяется на сегменты в процессе развития у модельных животных, можно понять, нарушения в каких механизмах приводят к врожденным патологиям сегментированных органов и тканей у человека.

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) впервые детально описали молекулярный «сценарий», по которому у кольчатых червей формируется сегментированное тело.

«Мы выбрали удобную модель — червя-нереиса Alitta virens, гены развития которого очень консервативны и работают схожим образом у всех животных, включая позвоночных и человека», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Виталий Козин, кандидат биологических наук, доцент, ведущий научный сотрудник кафедры эмбриологии СПбГУ.

Авторы проследили, как работают ключевые гены, определяющие границы сегментов — engrailed и wnt1, — на всех этапах развития: от эмбриона до молодого червя. Для этого биологи использовали комплекс современных методов, которые позволили визуализировать в тканях те клетки, которые активируют синтез молекул РНК с генов engrailed и wnt1, а также выявить зоны в организме червя с наиболее активным клеточным делением.

В результате ученые получили детальный молекулярный «портрет» сегментации нереиса. Оказалось, что на самых ранних стадиях развития включается ген engrailed. При этом в теле червя оказывается несколько симметричных зон, где этот ген наиболее активен. Постепенно эти зоны вытягиваются и формируют поперечные полосы, в точности соответствующие будущим границам сегментов тела.

Ген wnt1 начинает работать несколько позже и изначально включается на заднем полюсе зародыша, но по мере развития червя зоны его активности, подобно гену engrailed, становятся похожи на полосы. При этом активность гена engrailed наблюдается как в передней, так и в задней части каждого формирующегося сегмента, а гена wnt1 — только в задней. Таким образом, зоны активности этих генов оказываются не просто рядом, а формируют сложную, перекрывающуюся архитектуру.

Описанный процесс сильно отличается от того, как образуются сегменты у других животных, например, членистоногих (насекомых и ракообразных). У этой группы гены wnt1 и engrailed работают только в задней части каждого будущего сегмента, при этом зоны их активности находятся рядом, но не перекрываются. При этом еще 10–20 лет назад большинство ученых предполагали, что сегменты у червей и членистоногих эволюционно имеют общее происхождение, а значит, и формируются по одному механизму.

«Наши данные предоставляют самые убедительные на сегодняшний день аргументы в пользу того, что сегментированное тело — одно из самых успешных "‎изобретений"‎ эволюции — возникало в разных ветвях древа жизни независимо, а не было унаследовано от одного общего сегментированного предка двустороннесимметричных животных (крупной группы, к которой относится и человек). В перспективе такие знания откроют дорогу для новых технологических решений, например, в регенеративной медицине. Понимание того, как природа "строит" и "ремонтирует" сложные многосегментные структуры тела, может помочь в разработке методов стимуляции регенерации тканей», — подводит итог Виталий Козин.

Источник: indicator.ru