Клетки используют ритмы, похожие на азбуку Морзе, для координации роста

Клетки испытывают различные виды стресса, например, от голодания, высокой концентрации соли или повышенной температуры. Инсулиновые сигналы реагируют на такие стрессоры, отправляя белок DAF-16 в ядро клетки, где он активирует специфические гены для защиты организма (в данном случае червя) от стресса.

Последовательные изображения одного червя с течением времени, где DAF-16 подсвечен зелёным. Микроскопическое изображение иллюстрирует, как DAF-16 может быть распределён по цитоплазме клеток (сплошной зелёный цвет) или концентрироваться во всех клеточных ядрах (видны как зелёные точки). Автор: AMOLF

Исследователи из AMOLF обнаружили загадочное взаимодействие инсулиновых сигналов у червя C. elegans. Управляемый инсулином белок DAF-16 не только перемещается в ядро клетки и из него в сложном ритме, но и делает это одновременно во всех клетках организма. Из-за множества сходств между C. elegans и человеком, это исследование может способствовать лучшему пониманию таких заболеваний, как диабет и рак, а также процессов старения.

Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Азбука Морзе

Но как DAF-16 «понимает», от какого именно стресса нужно активировать гены? Случайно исследователи из группы количественной биологии развития Йеруна ван Зона нашли ответ на этот вопрос.

Приглашённый исследователь Мария Ольмедо (Университет Севильи) принесла червя C. elegans, у которого DAF-16 был сделан флуоресцентным, что позволило отслеживать перемещение белка в ядро и из него. Вместе с бывшей аспиранткой AMOLF Ольгой Филиной они заметили, как DAF-16 одновременно перемещался в ядра всех клеток тела.

Также исследователи заметили, что продолжительность и частота этих движений образуют ритм, причём каждый тип стресса имеет свой уникальный ритмический рисунок.

Голодание приводило к регулярным колебаниям, а солевой стресс — к более случайным импульсам, частота которых возрастала с увеличением количества соли. Подобно тому, как люди используют азбуку Морзе для общения, клетки, по-видимому, используют эти ритмы для передачи информации о типе и силе стресса, которому подвергается червь.

Йерун ван Зон (слева) и Бурак Демирбаш (справа) в лаборатории микроскопии AMOLF. Автор: AMOLF

Все клетки одновременно

Опираясь на идеи бывших коллег, аспирант AMOLF Бурак Демирбаш (ныне Амстердамский университет) решил провести несколько завершающих экспериментов. Это привело к самому важному открытию его докторской работы: ритм, с которым DAF-16 перемещается в ядро и из него, определяет, будет ли червь расти или нет.

«Глядя в микроскоп, я начал измерять размер личинок C. elegans и увидел, что как только DAF-16 перемещается в ядро, личинка перестаёт расти, а как только белок покидает ядро, рост возобновляется», — говорит Бурак.

Эта взаимосвязь между ритмом DAF-16 и ростом тела, вероятно, также объясняет, почему все клетки тела поддерживают одинаковый ритм; только так червь может обеспечить, чтобы все его клетки одновременно прекращали или возобновляли рост, сохраняя правильные пропорции тела.

Человеческий организм

DAF-16 также играет важную роль в организме человека, но под другим названием: FOXO. Как и у червей, этот белок вместе с инсулиновыми сигналами регулирует такие процессы, как рост тканей и органов, а также защищает от различных видов стресса. Кроме того, он тесно связан с такими заболеваниями, как диабет, рак, и с процессом старения.

«Червь C. elegans очень похож на более сложные организмы, такие как люди. Я замечаю, что все вопросы, которые мы задаём, также актуальны для лучшего понимания человеческого тела», — говорит руководитель группы Йерун ван Зон.

Больше информации: Burak Demirbas et al, Body-wide synchronization of insulin-signaling dependent DAF-16/FOXO nuclear translocation pulses correlated with C. elegans growth, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-66164-2

Источник: AMOLF