Комплексное исследование механизмов интеграции тканей у базальных многоклеточных животных на примере губок (тип Porifera)

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-74-10005

НазваниеКомплексное исследование механизмов интеграции тканей у базальных многоклеточных животных на примере губок (тип Porifera)

Руководитель Лавров Андрей Игоревич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №85 - Конкурс 2023 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-101 - Зоология

Ключевые слова ткань, эпителий, цитоскелет, клеточные контакты, соматические стволовые клетки, пролиферация, клеточный цикл, транскриптомный анализ, репаративная регенерация, реагрегация клеток, губки, Calcarea, Demospongiae

Код ГРНТИ34.33.15, 34.19.01, 34.41.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Механизмы интеграции тканей лежат в основе долговременного поддержания гомеостаза тканей многоклеточных животных. Именно они определяют поведение клеток и их пластов в составе интактных тканей и в ходе процессов нормального развития и регенерации. Сейчас перед исследователями стоит актуальная задача создания обобщённой непротиворечивой картины, описывающей клеточные и молекулярные механизмы интеграции клеток в составе тканей многоклеточных животных. Подобную задачу невозможно решить без комплексных исследований, которые касались бы взаимодействия различных механизмов интеграции и проводились бы на представителях разных групп Metazoa (а не только на модельных видах) для получения наиболее полных данных для сравнительного анализа. Ключевой задачей данного проекта является комплексный анализ механизмов структурной, динамической и сигнальной интеграции и описание их функциональной взаимосвязи как в поддержании гомеостаза интактных тканей, так и ходе восстановления нормальной структуры тканей после повреждений у губок (тип Porifera) из удалённых филогенетических групп. Новизна нашего проекта заключается в объекте исследования, комплексности подходов и методов и в сравнительном аспекте исследования. Филогенетическое положение и своеобразие организации делают губок одной из наиболее перспективных групп для функциональных исследований механизмов интеграции тканей в базальных группах многоклеточных животных и последующего выявления набора консервативных механизмов. Комплексность проекта обеспечивается исследованием нескольких систем интеграции тканей, а также касается нашего методологического подхода: мы объединим экспериментальные, анатомо-гистологические, ультраструктурные, молекулярно-биохимические и биоинформатические методы и методы для наиболее полного анализа различных механизмов интеграции тканей наших модельных видов губок. Сравнительный аспект исследования будет обеспечен изучением губок из удалённых филогенетических линий и использованием различных модельных систем – интактных тканей и восстановительных процессов. Комплексные, сравнительные исследования механизмов интеграции тканей губок как на уровне интактных тканей, так и в ходе восстановительных процессов не проводятся ни в одной из мировых лабораторий. Успешная реализация проекта обеспечит новые фундаментальные данные мирового уровня, которые значительно дополнят современные представления о возникновении и ранней эволюции многоклеточности, эволюционном развитии и физиологии тканей животных, а также о механизмах регенерации. Так, на биоинформатическом уровне будут охарактеризованы основные гены, участвующие в интеграции тканей губок; с помощью сравнительного транскриптомного анализа, ПЦР в реальном времени и вестерн блоттинга будут получены данные об изменениях характера экспрессии этих генов; на морфологическом и ультраструктурном уровнях будет описана клеточная полярность в интактных тканях губок и проанализированы её изменения в ходе восстановительных процессов; будет описано формирование и перестройки актомиозинового сократительного тяжа в ходе репаративной регенерации известковой губки Leucosolenia variabilis и оценена роль сигнального каскада Rho/ROCK в этом процессе; будет детально описана пролиферативная активность клеток как в интактных тканях, так и в ходе восстановительных процессов; будет охарактеризована система стволовых клеток и механизмы её регуляции, а также участие стволовых клеток в восстановительных процессах. Для выполнения проекта существуют все необходимые предпосылки. Все члены коллектива имеют большой опыт работы как с интактными губками, так и с процессами их нормального развития и регенерации, а также имеют успешный опыт совместных исследований всеми используемыми в проекте методами. В распоряжении коллектива имеется широкий парк научного оборудования (ресурсные центры МГУ, СПбГУ, ИБР РАН) и возможность долгосрочной работы на Беломорской биологической станции МГУ.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Мельников Н.П., Лавров А.И. Cell cycle dynamics of food‐entrapping cells of sponges: an experimental approach The FEBS Journal, early view (год публикации - 2024)
10.1111/febs.17098

2. Ересковский А., Мельников Н.П., Лавров А. Archaeocytes in sponges: simple cells of complicated fate Biological Reviews, Ereskovsky, A., Melnikov, N. P., and Lavrov, A. (2024). Archaeocytes in sponges: simple cells of complicated fate. Biological Reviews. DOI: 10.1111/brv.13162 (год публикации - 2024)
10.1111/brv.13162

3. Лавров А.И., Мельников Н.П., Большаков Ф.В., Саидов Д.М., Ле Гофф Э., Скоренцева К.В., Фролова В.С., Ересковский А.В. Cell proliferation and cell death during whole-body regeneration in the demosponge Halisarca dujardinii FEBS Letters, Lavrov, A.I., Melnikov, N.P., Bolshakov, F.V., Saidov, D.M., Le Goff, E., Skorentseva, K.V., Frolova, V.S. and Ereskovsky, A.V. (2025), Cell proliferation and cell death during whole-body regeneration in the demosponge Halisarca dujardinii. FEBS Lett. https://doi.org/10.1002/1873-3468.70025 (год публикации - 2025)
10.1002/1873-3468.70025

4. Скоренцева К.В., Большаков Ф.В., Саидова А.А., Лавров А.И. Microtubule organization and tubulin post-translational modifications in intact tissues and during regeneration in calcareous sponges Cell and tissue research, Skorentseva, K.V., Bolshakov, F.V., Saidova, A.A. et al. Microtubule organization and tubulin post-translational modifications in intact tissues and during regeneration in calcareous sponges. Cell Tissue Res (2025). https://doi.org/10.1007/s00441-025-03960-8 (год публикации - 2025)
10.1007/s00441-025-03960-8

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Все задачи, поставленные на второй год проекта, выполнены. В этом году в рамках проекта были поставлены эксперименты по репаративной регенерации Leucosolenia corallorrhiza и реагрегации клеток Halisarca dujardinii . Зафиксированы образцы для проведения ультраструкутрных и иммуцитохимических исследований, а также для оценки экспрессии генов на уровне мРНК и белка. Начата отработка протокола гибридизации нуклеиновых кислот in situ. Для верификации данных дифференциальной экспрессии генов и последующего точечного анализа экспрессии целевых генов и обеспечения универсальности анализа получаемых в экспериментах данных, была доработана панель референтных генов для ПЦР-РВ. Был проведен анализ дифференциальной экспрессии генов в процессах реагрегации H. dujardinii и репаративной регенерации L. corallorrhiza. Временные паттерны экспрессии изучали с помощью кластеризации транскриптов по их коэкспрессии с помощью метода fuzzy c-means. В ходе реагрегации клеток H. dujardini многие сигнальные пути демонстрируют дифференциальную экспрессию; большая часть транскриптов, ответственных за поддержание стволовых клеток, демонстрировала повышение экспрессии на ранних стадиях реагрегации; транскрипты-маркеры пролиферации снижают свою экспрессию на протяжении всего периода реагрегации. Большинство транскриптов, связанных с полярностью, эпителиально-мезенхимальным переходом и регуляцией актинового цитоскелета, показали значительное увеличение экспрессии на ранних стадиях реагрегации клеток H. dujardinii. По данным обогащения в GO- и KEGG-терминах в ходе регенерации L. corallorrhiza происходит увеличение экспрессии компонентов сигнальных путей (TNF-, MAPK-, Rap1- и FoxO-сигнальный путь) на ранних стадиях регенерации. В это же время кластеры с понижающими экспрессию транскриптами были обогащены в терминах, связанных с клеточной пролиферацией и синтезом ДНК. Большая часть связанных с актиновым цитоскелетом транскриптов не демонстрировала дифференциальной экспрессии. Это позволяет предположить, что наблюдаемые в ходе регенерации морфологические изменения актинового цитоскелета у L. corallorrhiza в первую очередь обеспечиваются на белковом уровне, а не регулируются транскрипционно. Для подтверждения этой гипотезы, были поставлены эксперименты по репаративной регенерации L. corallorrhiza в присутствии трёх ингибиторов иерархически разных этапов функционирования Rho/ROCK сигнального каскада: блеббистатина, SMIFH2 и Y27632. Проведенные эксперименты достоверно демонстрируют эффект от применения этих ингибиторов на динамику формирования регенеративной мембраны и позволяют предложить реорганизацию актиновых филаментов и формируемых ими сократительных структур как основу регуляции репаративного морфогенеза L.corallorrhiza, осуществляемую на белковом уровне. Кроме того, были описаны особенности распределения цитоплазматических изоформ актина в клетках L. corallorrhiza в норме и при регенерации. Удалось показать, что в тканях L. corallorrhiza существует специфическое распределение цитоплазматических изоформ актина, и, согласно первичным наблюдениям, изменение их экспрессии в процессе регенерации может свидетельствовать о наличии функциональной роли этих изоформ в обеспечении миграторной активности клеток губки. Были продолжены детальные исследования пролиферации клеток в интактных тканях и в ходе регенеративных процессов у исследуемых видов губок. Был отработан протокол двойного мечения клеток в S-фазе клеточного цикла с помощью BrdU/EdU. Применение этой методики значительно улучшит расчеты параметров клеточного цикла пролиферирующих клеток. Были проведены эксперименты по длительному отслеживанию метки EdU в интактных тканях с целью выявления медленно делящихся популяций клеток. Однако собранные данные указывают на активное возобновление тканей у исследуемых губок, так как “разбавление” метки EdU говорит об активном делении потомков включивших метку клеток. При этом не зафиксированы клетки, сохраняющие интенсивность окраски: по-видимому, а) дифференцированные потомки таких клеток обладают малым сроком существования, б) редко делящиеся клетки в тканях исследуемых губок или отсутствуют, или крайне редки. Эксперименты по отслеживанию судьбы пролиферирующих клеток и их потомков в ходе реагрегации клеток H. dujardinii показали, что клетки, получившие метку EdU в интактных тканях, переживают диссоциацию тканей и принимают активное участие в процессе реагрегации клеток и восстановления исходной организации губки. Учитывая, что исходно в интактных абсолютное большинство EdU+ клеток (~95%) являлось хоаноцитами, полученные данные указывают на широкие морфогенетические потенции этого типа клеток при восстановительных морфогенезах у H. dujardinii. Также было поставлено два эксперимента по отслеживанию судьбы пролиферирующих клеток и их потомков в ходе репаративной регенерации L.corallorrhiza; полученные данные указывают, что пролиферирующие хоаноциты не принимают участия в формировании регенеративной мембраны, но могут участвовать в ее трансформации в интактную стенку тела. В 2024-2025 году по в ходе проекта выполнения проекта подготовлено и опубликовано 3 статьи в международных научных журналах Q1. В работе находятся еще три рукописи. Дополнительную информацию по проекту можно найти по ссылкам: https://istina.msu.ru/projects/586410105/ https://wsbs-msu.ru/2024/11/15/%d0%bf%d0%be%d0%b7%d0%b4%d1%80%d0%b0%d0%b2%d0%bb%d1%8f%d0%b5%d0%bc-%d0%bd%d0%b0%d1%83%d1%87%d0%bd%d0%be%d0%b3%d0%be-%d1%81%d0%be%d1%82%d1%80%d1%83%d0%b4%d0%bd%d0%b8%d0%ba%d0%b0-%d0%b1%d0%b1%d1%81/ http://idbras.ru/DevBiolNews/18042025.htm

Публикации