Свидетельства ранней активации зиготического генома в развитии Аннелиды Ophelia limacina

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Ключевым событием раннего эмбрионального развития является активация зиготической экспрессии генов. Механизмы данного процесса хорошо изучены всего у нескольких модельных объектов, которые не отражают всего разнообразия типов развития и способов определения клеточной судьбы. Среди билатерально-симметричных животных практически неисследованными в отношении активации генома остаются представители клады Spiralia, демонстрирующие феноменальный консерватизм и детерминативность клеточных линий. В данной работе с помощью транскриптомного анализа изучена активация зиготического генома у беломорской аннелиды с гомоквадрантным спиральным дроблением Ophelia limacina. Показано, что зиготическая транскрипция начинается уже на стадии 8 бластомеров и приводит к повышению уровня экспрессии тысяч генов, в том числе компонентов сигнальных путей Wnt и TGF-β, а также транскрипционных факторов, включая Sox2 — консервативного регулятора плюрипотентности и активации генома у позвоночных. Полученные данные расширяют представления о вариативности молекулярных механизмов активации зиготического генома и вновь поднимают вопрос о возможном эволюционном консерватизме участников данного процесса.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Михаил Геннадьевич Гринберг

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: greenerkk@gmail.com

Department of Embryology

Россия, 199034 Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург, 199034

Илья Евгеньевич Борисенко

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: ilja.borisenko@gmail.com

Department of Embryology

Россия, 199034 Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург, 199034

Виталий Владиславович Козин

Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: v.kozin@spbu.ru

Department of Embryology

Россия, 199034 Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург, 199034

Список литературы

  1. Дондуа А.К. Репрограммирование контроля над развитием в раннем онтогенезе многоклеточных животных // Журнал общей биологии. 1979. Т. 60. C. 530–543.
  2. Козин В.В., Борисенко И.Е., Костюченко Р.П. Участие канонического сигнального пути Wnt в определении полярности тела и клеточной идентичности у Metazoa: Новые данные о развитии губок и аннелид // Известия Российской академии наук. Серия Биологическая. 2019. № 1. C. 19–30. https://doi.org/10.1134/S000233291901003X
  3. Barral A., Zaret K.S. Pioneer factors: Roles and their regulation in development. // Trends in Genetics. 2024. V. 40(2). P. 134–148. https://doi.org/10.1016/j.tig.2023.10.007
  4. Carrillo-Baltodano A.M., Seudre O., Guynes K., Martín-Durán J.M. Early embryogenesis and organogenesis in the annelid Owenia fusiformis // EvoDevo. 2021. V. 12(1). P. 5. https://doi.org/10.1186/s13227-021-00176-z
  5. Chou H.-C., Pruitt M.M., Bastin B.R., Schneider S.Q. A transcriptional blueprint for a spiral-cleaving embryo // BMC Genomics. 2016. V. 17(1). P. 552. https://doi.org/10.1186/s12864-016-2860-6
  6. Henry J.Q. Spiralian model systems // The International Journal of Developmental Biology. 2014. V. 58(6–8). P. 389–401. https://doi.org/10.1387/ijdb.140127jh
  7. Heyn P., Kircher M., Dahl A., Kelso J., Tomancak P., Kalinka A.T., Neugebauer K.M. The Earliest Transcribed Zygotic Genes Are Short, Newly Evolved, and Different across Species // Cell Reports. 2014. V. 6. P. 285–292. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2013.12.030
  8. Lee M.T., Bonneau A.R., Giraldez A.J. Zygotic genome activation during the maternal-to-zygotic transition // Annual Review of Cell and Developmental Biology. 2014. V. 30. P. 581–613. https://doi.org/10.1146/annurev-cellbio-100913-013027
  9. Liang Y., Wei J., Kang Y., Carrillo-Baltodano A.M., Martín-Durán J.M. Cell fate specification modes shape transcriptome evolution in the highly conserved spiral cleavage (p. 2024.12.25.630330) // bioRxiv. 2024. https://doi.org/10.1101/2024.12.25.630330
  10. Nikishin D., Rimskaya-Korsakova N., Kremnyov S., Bagayeva T., Khramova Y., Semenova M., Kosevich I., Kraus Y., Vortsepneva E., Lavrov A., Prudkovsky A. (2019). Atlas of the White Sea Invertebrates Development. 3rd Summer Course on Embryology of Marine Invertebrates, June 9–30, 2019, WSBS MSU, Russia.
  11. Niwa H., Nakamura A., Urata M., et al. The evolutionally-conserved function of group B1 Sox family members confers the unique role of Sox2 in mouse ES cells // BMC Evolutionary Biology. 2016. V. 16(1). P. 173. https://doi.org/10.1186/s12862-016-0755-4
  12. O’Farrell P.H., Stumpff J., Su T.T. Embryonic cleavage cycles: How is a mouse like a fly? // Current Biology: 2004. V. 14(1). P. R35–45. https://doi.org/10.1016/j.cub.2003.12.022
  13. Onichtchouk D., Driever, W. Zygotic Genome Activators, Developmental Timing, and Pluripotency // Current Topics in Developmental Biology. 2016. V. 116. P. 273–297. https://doi.org/10.1016/bs.ctdb.2015.12.004
  14. Sur A., Magie C., Seaver E., Meyer N. Spatiotemporal regulation of nervous system development in the annelid Capitella teleta // EvoDevo. 2017. V. 8. https://doi.org/10.1186/s13227-017-0076-8
  15. Tadros W., Lipshitz H.D. The maternal-to-zygotic transition: A play in two acts // Development. 2009. V. 136(18). P. 3033–3042. https://doi.org/10.1242/dev.033183
  16. Vastenhouw N.L., Cao W.X., Lipshitz H.D. The maternal-to-zygotic transition revisited // Development. 2019. V. 146(11). ArtNo. dev161471. https://doi.org/10.1242/dev.161471

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Филогенетическое положение аннелид, исследованных на предмет активации зиготического генома методами транскриптомики. В столбцах указан: 1) тип спирального дробления (изображение зародыша с одноцветной заливкой — гомоквадрантное дробление, изображение с двухцветной заливкой — гетероквадрантное); 2) стадия развития с первыми признаками ZGA и количество статистически значимо up-регулированных генов (транскриптов); 3) стадия эмбриогенеза, на которой выявлено наибольшее количество up-регулированных генов (ч.п.о. — часы после оплодотворения).

Скачать (230KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Диаграмма Венна, отражающая количество уникальных и общих транскриптов (с уровнем экспрессии > 1 TPM во всех повторностях) для неоплодотворенной яйцеклетки и 8-клеточного зародыша.

Скачать (107KB)
Метаданные
4. Рис. 3. График Volcano для сравнения стадии 8 клеток с неоплодотворенной яйцеклеткой. Отмечены гены с наименьшим p-value и имеющие аннотацию.

Скачать (336KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Гистограммы обогащенных GO-терминов в категории “Biological process” для up-регулированных генов (а) и down-регулированных генов (б), полученных в результате анализа дифференциальной экспрессии. Термины отсортированы по уровню значимости. Цветовая шкала соответствует количеству транскриптов, относящихся к данному термину.

Скачать (488KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Многомерное шкалирование GO-терминов в категории “Biological process” для up-регулированных генов, кластеризованных по семантической схожести. Ключевые термины GO отмечены подписями с темным фоном. Каждый круг отображает определенный GO-термин. Одинаковые цвета обозначают семантически наиболее сходные термины. Размер круга отражает уровень значимости.

Скачать (383KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Гистограммы изменения уровня экспрессии компонентов сигнальных путей WNT, TGF-b, а также транскрипционных факторов, обнаруженных в результате анализа дифференциальной экспрессии. Высота столбцов отражает log2(Fold Change), число над каждым столбцом — p-value. Жирным шрифтом отмечены гены, для которых характерно отсутствие экспрессии в яйце (0 TPM во всех повторностях).

Скачать (405KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025