Обнаружен генетический механизм, позволяющий африканским рыбкам подолгу оставаться икрой

Команда ученых из США и Канады под руководством Анны Брюне (Anne Brunet) из лаборатории биологии старения Стэнфордского университета выявила молекулярные механизмы, связанные со способностью африканских рыбок нотобранхов оставаться на эмбриональной стадии развития долгие месяцы или даже годы, что значительно превосходит продолжительность жизни взрослых рыб.

Небольшая рыбка под названием нотобранх Фурцера, или бирюзовый нотобранх (Nothobranchius furzeri), примечательна тем, что живет очень недолго. Половое созревание у этой рыбы наступает в возрасте трех недель, в три месяца для нее начинается старость, четыре месяца проживают только редкие долгожители. Связано это с тем, что рыбы должны успеть прожить жизнь и оставить потомство в существующих только в сезон дождей прудах в Зимбабве и Мозамбике. Икра бирюзовых нотобранхов значительно долговечнее взрослых рыб, она сохраняется в высохшем виде до следующего сезона дождей. Нередки случаи, когда дождя приходится ждать от пяти до десяти месяцев, а рекордные сроки сохранения жизнеспособности у икринок бирюзовых нотобранхов достигают двух лет. Эта особенность вида сделала его частым объектом исследований в области биологии старения.

На время ожидания развитие эмбриона рыбы приостанавливается. Биологи называют такое явление диапаузой. Анна Брюне и ее коллеги установили, что приостановка развития эмбриона не влияет на будущую продолжительность жизни бирюзового нотобранха, способность к продолжению рода и размер во взрослом возрасте.

В ходе лабораторных экспериментов исследователи проанализировали активность генов у эмбрионов до вступления в диапаузу, во время нее и после возобновления развития. Оказалось, что хотя работа значительного ряда генов во время диапаузы существенно замедляется, это время нельзя назвать периодом полного покоя. Некоторые гены, напротив, значительно усиливают свою деятельность.

Подавляются при диапаузе гены, связанные с делением клеток и формированием органов. Более активными становятся гены, которые отвечают за аутофагию — процесс «переваривания» клеткой своих ненужных компонентов. Также в начале диапаузы активизируются гены, связанные с ростом мышц, но затем их активность падает. Важную роль при диапаузе играет ген, кодирующий белок CBX7. Он входит в обширную группу белков Polycomb, ответственных за подавление активности целого ряда генов. Белки Polycomb способны связываться с гистонами (белками, на которые наматывается спираль ДНК) и присоединять к гистонам метильные группы, что ведет к снижению активности генов на данном участке ДНК. Некоторые другие гены, активность которых у эмбрионов нотобранха возрастает во время диапаузы, тоже входят в группу Polycomb.

Авторы работы вырезали ген CBX7 у подопытных эмбрионов. Такие эмбрионы вошли в диапаузу, но спустя некоторое время у них появились нарушения в мышечной системе. В итоге они провели в диапаузе меньшее время по сравнению с контрольной группой, однако остались живы.

Исследование опубликовано в журнале Science.