Исследователи Стэнфордского университета обнаружили, что при превращении морского червя из личинки во взрослую особь большинство клеток не погибает и не замещается новыми, а меняет свою специализацию. В частности клетки нервной системы могут становиться клетками другого типа. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Речь идет о желудевом черве Schizocardium californicum, обитающем в Тихом океане. Его личинка выглядит как небольшая плавающая голова, а взрослая особь — как червь. Ученые давно изучают его метаморфоз — резкое изменение строения организма в процессе развития, — но до сих пор не до конца понимали, что происходит с клетками во время этого перехода.
Команда под руководством биолога Кристофера Лоу проанализировала более 87 тыс. клеток червей на пяти стадиях развития: от ранней личинки до взрослой особи. С помощью секвенирования РНК отдельных клеток исследователи определили, какие гены работают на каждом жизненном этапе, и разделили клетки на 12 классов, включая нервные, кожные и иммунные.
Оказалось, что клетки личинки часто были больше похожи друг на друга, чем на клетки взрослого червя, выполняющие те же функции. Например, личиночные нейроны по активности генов напоминали клетки кишечника личинки сильнее, чем нейроны взрослой особи. Это указывает на масштабное перепрограммирование клеток. При этом некоторые типы, в том числе мышечные, сохраняли свою специализацию.
Чтобы проверить, действительно ли клетки переживают метаморфоз, ученые пометили часть личиночных клеток специальным красителем и проследили за ними. После превращения червя во взрослую особь эти клетки сохранились. По словам Лоу, это противоречит распространенному представлению о том, что при метаморфозе личиночные клетки массово погибают и заменяются новыми.
Авторы считают, что открытие может изменить представления о развитии животных. Большинство лабораторных исследований проводят на видах, которые сразу развиваются во взрослую форму, например мышах и рыбках данио. Однако около 80% животных проходят метаморфоз, и изучение таких организмов может показать, что перепрограммирование клеток — более распространенный механизм развития, чем считалось.
Ранее биологи создали инструмент для прогнозирования судьбы стволовых клеток.