Метаболизм контролирует часы развития эмбриона

Беременным важно получать полноценное питание и добавки, чтобы обеспечить ребенка всеми необходимыми веществами для правильного развития. Эти нутриенты поддерживают рост и служат строительным материалом для клеток, необходимых для здоровья мозга, костей, органов и иммунной системы. Однако исследователи из EMBL обнаружили, что метаболизм – процесс, при котором клетки превращают пищу в энергию – во время эмбрионального развития выполняет не только роль источника энергии и "строительных блоков". Он также выполняет важную сигнальную функцию. Направленно меняя метаболизм, ученые смогли выделить конкретный метаболит, который регулирует скорость развития эмбриона.

Группа исследователей обнаружила, что метаболизм выполняет не только питательную, но и сигнальную функцию. Команда изучала эмбрионы мышей в процессе формирования повторяющихся сегментов тела, которые впоследствии превращаются в позвонки. Сигнальная роль метаболизма стала очевидной, когда ученые заметили, что даже очень малые количества некоторых метаболитов – слишком малые для питания клеток – все равно способны поддерживать "биологические часы" эмбриона, необходимые для правильного формирования сегментов. Эти часы называют сегментационными.

Исследователи обнаружили обратную зависимость между метаболической активностью и скоростью работы сегментационных часов: чем выше метаболическая активность клеток, тем медленнее идут часы. Интересно, что им удалось обратить этот эффект "замедления часов", восстановив клеточную сигнализацию без изменения самого метаболизма. Это позволило сделать вывод, что метаболизм воздействует на развитие через влияние на клеточную сигнализацию. Чтобы выяснить, какие именно метаболиты регулируют этот ритм, ученые применили экспериментальный подход, основанный на теории синхронизации. Поскольку внутренние биологические ритмы организма подчиняются внешним циклам день-ночь, сегментационные часы эмбриона также способны реагировать на периодически поступающие внешние сигналы.

С помощью этого подхода исследователи выяснили, что ключевым метаболитом, контролирующим сегментационные часы, является определенный сахар – FBP. Он влияет на ритм часов через важный сигнальный путь, известный как Wnt-сигнализация. Исследователи также отметили, что наблюдаемые колебания на молекулярном уровне, связанные с сегментационными часами, могут изменять пространственное формирование сегментов тела эмбриона.