Белок ядерной поры NUP54 отвечает за репродуктивное поведение у самок дрозофил

У плодовых мушек дрозофил спаривание серьезно изменяет половое поведение и физиологию самок. Когда в их организм попадает половой пептид (sex-peptide, SP) в составе семенной жидкости, у самок запускается характерный паттерн поведения: они становятся менее восприимчивыми к ухаживаниям самцов, охотнее откладывают яйца, а также больше едят и меньше спят. Подобные изменения в поведении находятся под контролем структур головного мозга. Однако генетическая программа, которая обуславливает формирование соответствующих нервных цепей, недостаточно изучена.

Чтобы внести ясность в этот вопрос, ученые из университетов Бирмингема (Британия) и Виннипега (Канада), провели эксперименты на девственных самках дрозофил, имеющих некую мутацию, из-за которой они формируют яйцеклетки (яйца), но не откладывают их.

Восприимчивость таких мушек к ухаживаниям самцов не изменялась после инъекции SP. Оказалось, что отсутствие реакции на действие SP связано с мутацией в промоторе гена Nup54. Белок, кодируемый этим геном, входит в состав ядерных пор и регулирует транспорт РНК и белков между ядром и цитоплазмой клеток. По-видимому, изменения в его структуре, вызыванные мутацией, влияют на экспрессию различных генов. Роль каналов в ядерной мембране показана и для некоторых человеческих заболеваний, включая нейродегенеративные.

Продукт гена Nup54 особенно важен на ранних стадиях развития нервной системы, когда формируются нервные цепи, определяющие половое поведение после спаривания. Так, экспрессия Nup54 в молодых нейронах и глиальных клетках возвращала мутантным самкам чувствительность к SP.

Авторы работы установили, что мутация повлияла на строение нейронных проводящих путей в мозге исследуемых самок. Серьезные повреждения были обнаружены для нервных клеток, в которых экспрессируется гены ионного канала ppk. Известно, что эти нейроны имеют прямое отношение к половому поведению самок дрозофилы.

Чтобы проверить роль ррк-нейронов в реакции самок на спаривание, исследователи отключили передачу сигнала между этими клетками при помощи экспрессии столбнячного токсина. Торможение ррк-нейронов только в мозге либо по всему организму частично восстановило у самок с мутацией восприимчивость к ухаживанию, подавленную введением SР. Однако откладывание яиц стало возможным после торможения ррк-нейронов по всему телу, но не отдельно в мозге.

Получается, что активность ррк-нейронов в мозге запускает кладку яиц и частично снижает восприимчивость к ухаживанием самцов в ответ на действие SP. В то же время активность нейронов этого типа вне мозга подавляют откладывание яиц.

Авторы установили, что экспрессия Nup54 направляла формирование правильной «прошивки» восьми ррк-нейронов зрелого мозга, отвечающих за откладывание яиц. Нарушение этого проводящего контура изменяет типичное поведение самки после спаривания.

Такие мутации могут быть значимы с точки зрения конфликта полов (sexual conflict): подавление активности определенных нейронных цепей дает самке возможность «отказаться» откладывать яйца вопреки «принуждению» SP, например, это может быть выгодно для нее при дефиците пищевых ресурсов. (Но невыгодно для самца, который напрасно потратил сперму, поэтому и употребляют термин «конфликт».) Как отмечают авторы, подобные мутации быть причиной возникновения новых видов с иным репродуктивным поведением.

Белок NUP54 образует комплекс с другими белками — NUP58 и NUP62. Нокдаун генов, кодирующих эти белки, приводил к гибели и самок, и самцов дрозофил. Более того, половые органы таких насекомых были деформированы или недоразвиты, что подтверждает значение этих белков для половой дифференцировки.

Понимание генетики полового поведения насекомых может быть полезно для новых способов борьбы с сельскохозяйственными вредителями или переносчиками болезней. Очевидно, мутации в Nup54 имеют и другие эффекты, кроме описанного, поскольку канал ядерной мембраны присутствует во всех клетках организма. Эти эффекты нуждаются в дальнейшем исследовании.