Исследователи получили данные по формированию скелетных элементов de novo и экспрессии генов, кодирующих белки. Новые данные стали первым шагом в изучении формирования спикул, а также в расшифровке механизмов биоминерализации на молекулярном уровне, подчеркнули ученые.
Моллюски – распространенная группа беспозвоночных животных, обитающая в водной и наземной среде. Одной из таких групп являются голожаберные моллюски – дориды, которые в процессе эволюции вовсе утратили раковину, но в замену ей приобрели внутренний скелет. На примере Onchidoris muricata – вида из арктических морей – можно увидеть, что твердый скелет состоит из многочисленных иголочек – спикул, которые помимо внутреннего положения еще находятся и внутри специализированных клеток – склероцитов. Такое положение спикул уникально для беспозвоночных и не встречается в других группах.
Доцент химического факультета Андрей Анисенко, старший научный сотрудник биологического факультета Елена Ворцепнева и аспирант биофака Екатерина Никитенко обнаружили, что основу этих удивительных спикул составляют ранее неописанные белки, похожие на коллаген. Исследователей заинтересовал вопрос биоминерализации, а именно как белковые структуры становятся впоследствии твердыми. С применением комплекса методов в результате экспериментов удалось установить, что твердыми спикулы становятся из-за ионов кальция, которые связываются с белковой матрицей.
Ученые смогли расшифровать последовательность генов, которые экспрессируются, т.е. работают у моллюсков разных возрастов. Это помогло понять, что заставляет ионы кальция соединяться с основой спикул.
«В результате анализа полученных данных было установлено, что специальный белок – карбоангидраза – помогает присоединять кальций к коллагеноподобным белкам спикул, что делает их твердыми и прочными», – отметила Елена Ворцепнева.
Помимо этого, ученых заинтересовало, могут ли твердые скелетные элементы восстанавливаться после травм, а именно после полного удаления. «Оказалось, что к восстановлению, то есть регенерации, способны вовсе не все части тела моллюска, а лишь важные чувствительные органы – ринофоры», – рассказала Екатерина Никитенко.
Ринофорами называют подвижные щупальца, рожки, на голове моллюска, которыми он шевелит и воспринимает химические сигналы из окружающего мира. Чувствительные ринофоры снаружи имеют складки, которые внутри укреплены скелетом из спикул. При удалении одного щупальца моллюск продолжает нормально функционировать, что делает возможным изучать регенерацию спикул и их минерализацию. Ученые показали, что спикулы формируются заново. Причем образование спикул является сигналом для образования сладки ринофора. Спустя 21 день ринофор восстанавливается почти до своего исходного состояния, как и спикулы внутри него.
По словам ученых МГУ, это исследование стало важным шагом в изучении регенеративных способностей живых организмов и механизмов восстановления и биоминерализации внутреннего скелета. Полученные данные могут помочь в разработке новых подходов к лечению травм или заболеваний, связанных с нарушением целостности костей, в том числе у человека.
Исследования проводились в Междисциплинарной научно-образовательной школе МГУ «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология». Результаты работы опубликованы в научных журналах Ruthenica и Data in Brief.
