Эмбрионы рыб сами решают, когда им появиться на свет

Яйцо (или икра) изолирует эмбрион многих животных от внешней среды на самых ранних и чувствительных стадиях развития. При выходе из яйца молодой организм резко оказывается в совершенно других условиях. Не всегда этот момент четко определен. У многих видов время появления на свет зависит от наличия благоприятных условий. Для того, чтобы узнать о появлении таких условий, организм воспринимает сигналы из окружающей среды, которые могут быть, например, механическими или акустическими. Однако эти процессы плохо изучены. Израильские ученые проанализировали их на примере рыб.

Разные рыбы воспринимают различные сигналы окружающей среды, чтобы вылупиться. Некоторые виды могут отложить момент появления на свет на недели и месяцы до правильного момента. Другие виды вылупляются только в темноте, третьи — на свету. Для того, чтобы вылупиться, эмбрион должен переварить хорион, секретируя металлопротеиназы в специализированных клетках. Неясно, как центральная нервная система активирует секрецию металлопротеиназ. Авторы предположили, что в этом процессе свою роль играет тиреотропин-рилизинг гормон (Trh).

Исследователи внесли мутацию потери функции в ген trh рыбки данио с помощью системы CRISPR-Cas9. У F₀ была нормальная фертильность. Однако при скрещивании двух рыбок trh^+/− F₁ не было выявлено взрослых особей с генотипом trh^−/−. Сначала авторы предположили, что мутация приводила к гибели организма во время эмбрионального развития. Но оказалось, что часть эмбрионов просто не вылупилась.

В стандартных условиях рыбки данио вылупляются примерно на третий день развития. Но в эксперименте 75% эмбрионов вылупились через 2,5 дня после оплодотворения, а 25% не вылупились и погибли в хорионе на седьмой день. Все невылупившиеся эмбрионы несли генотип trh^−/−. Если извлечь эмбрионы вручную, они развиваются нормально. Дополнительный анализ показал, что у рыб с этим генотипом не синтезируются ферменты, необходимые для разрушения хориона.

Если Trh внести извне через два дня после оплодотворения, то эмбрионы с генотипом trh^−/− вылупятся. Из двух рецепторов Trh — trhra и trhr2, только мутации в trhra мешали эмбриону вылупиться. Также авторы идентифицировали нейроны, управляющие этими процессами.

Чтобы проверить, насколько выявленные механизмы консервативны, авторы повторили некоторые опыты на японской медаке (Oryzias latipes), которая приходится дальним родственником рыбке данио. У этих двух рыб совершенно разный состав ферментов, необходимых для растворения хориона. Эмбриональный период медаки длится более семи дней. Как и рыбки данио, медаки выпускали ферменты в ответ на стимуляцию Trh. Другие эксперименты подтвердили консервативность процесса.

Таким образом, эмбрионы некоторых видов могут замедлить или ускорить процесс появления на свет, дожидаясь оптимальных условий. Авторы показали, что Trh стимулирует секрецию хориолитических ферментов, которые инициирует «рождение» рыбы.

Клетки развивающегося сердца синхронизируются, чтобы запустить сердцебиение