Способность формирования замкнутых систем кровеносных сосудов – один из краеугольных каменей в формировании организма позвоночных. Преимущества замкнутой кровеносной системы очевидны, но вопрос о ее происхождение до сих пор оставался terra incognita эволюционной биологии. Команда ученых Исследовательского института Скриппса в Калифорнии и Флориде попробовала разобраться в этой непростой теме.

Процесс строения замкнутой системы кровообращения сложен как с биологической, так и с эволюционной точек зрения. В ходе этого длительного процесса, который, вероятно, занял не один миллиард лет, формировались новые домены (части белка, которые могут эволюционировать и функционировать независимо друг от друга), которые прикреплялись к ключевым молекулам.

В своей работе ученые Исследовательского института Скриппса сконцентрировались на одном определенном домене – UNE-S. UNE-S является частью SerRS типа тРНК синтетазы (ферментов, отвечающих за попадание в тРНК нужных аминокислот для правильной трансляции генетической информации из ДНК в белки) у биологических видов с замкнутой кровеносной системой. Оказалось, что домен UNE-S необходим для правильного развития эмбриона и содержит определенную последовательность «сигналов ядерной локализации» – аминокислот, направляющих SerRS в клетки ядра. Таким образом, именно эта экспрессия является ключевым регулятором формирования нового кровеносного сосуда.

«Так как SerRS-синтетаза играет такую важную роль в формировании сосудов в ходе эмбрионального развития, я уверен, что данный домен сыграл свою роль в эволюционном переходе к замкнутой кровеносной системе», – говорит ведущий автор исследования, профессор Ксианг-Лей Янг ( Xiang-Lei Yang) в статье об исследовании, опубликованной вчера в журнала «Nature Communications».

Чтобы лучше разобраться в роли UNE-S, ученые провели ряд экспериментов на рыбках брахиданио-рерио. «Брахиданио-рерио очень подходят для исследований такого типа, так как у них развитие эмбриона происходит вне матери, а сами эмбрионы прозрачны», – пояснил адъюнкт-профессор Шуджи Киши (Shuji Kishi).

Результаты экспериментов поразили всех: при мутациях SerRS нарушался ход формирования кровеносных сосудов, а, если посмотреть глубже, то оказывалось, что мутировавшие SerRS игнорировали сигналы ядра. «Словно кого-то заперли в комнате и не выпускают», – прибег к образному сравнению Янг. Еще интереснее, что ученым удалось добиться второй мутации, которая «выпустила сигнал ядра» и восстановила нормальное развитие кровеносной системы эмбриона.

Результаты данного исследования не только подтверждают роль белкового домена UNE-S в формировании замкнутой кровеносной системы, но и впервые позволяют говорить о роли тРНК-синтетаза-ассоциированных доменов в развитии организма.