Том 85, № 1 (2024)

Молекулярные механизмы ответа на стресс интересны с эволюционной точки зрения, так как часто оказываются под действием естественного отбора. В настоящем исследовании проведен обзор молекулярных механизмов реакции на температурные стрессы на примере модельного организма Drosophila melanogaster, у которого данные механизмы изучены довольно подробно. Проведено сопоставление реакции на тепловой и холодовой стрессы, и выделены сходные и специфические молекулярные механизмы ответа на них. Ключевыми процессами, общими для ответов на оба вида стресса, являются повышение экспрессии генов белков теплового шока (heat shock proteins, HSP) и генов семейства Turandot, а также активация серин-треониновой протеинкиназы p38 MAPK. При тепловом стрессе также наблюдается TORC2-опосредованное образование стрессовых гранул, а при холодовом – повышение синтеза кальций-связывающего белка DCA и криопротекторного белка FROST. Некоторое сходство реакций на тепловой и холодовой стрессы может быть объяснено сходным характером наблюдающихся повреждений и многофункциональностью белков, обеспечивающих стрессовые ответы. Вероятно, между толерантностью к тепловому и холодовому стрессам у D. melanogaster существует эволюционный компромисс: повышение устойчивости к одному стрессу приводит к снижению устойчивости к другому. Дрозофилы на разных стадиях жизненного цикла демонстрируют различную чувствительность к температурным воздействиям, и механизмы ответа на них также частично различаются. Сопоставление результатов исследований, посвященных эволюции белков, принимающих участие в ответе на температурные стрессы, позволяет заключить, что данные молекулярные механизмы быстро эволюционируют у насекомых, и выводы, полученные на D. melanogaster, стоит переносить на других животных, даже в пределах отряда двукрылых, с большой осторожностью. В заключение при помощи базы данных FlyBase была установлена локализация генов, продукты которых участвуют в ответе на температурные стрессы, в геноме дрозофилы. 15 из 21 обсуждаемых в работе генов расположены на третьей хромосоме, из них 10 – на ее правом плече, это позволяет выдвинуть гипотезу об адаптивном сближении генов, белки которых принимают участие в стрессовом ответе в геноме D. melanogaster. Возможно, это позволяет точнее синхронизовать регуляцию их экспрессии. Понимание молекулярных механизмов ответа насекомых на температурные стрессы может иметь практическое значение: помочь в предсказании изменений ареалов отдельных видов и их адаптации к быстро изменяющимся климатическим условиям, а также поспособствовать разработке инсектицидов, позволяющих противостоять насекомым-вредителям сельскохозяйственных культур и инвазивным видам.

Клеточная (соматическая) полиплоидия – общебиологическое явление, свойственное как одноклеточным, так и многоклеточным животным и растениям. У млекопитающих полиплоидные клетки свойственны всем тканям; иногда они единичны, в некоторых случаях превалируют в органе. Механизм полиплоидизации – обычный, но незавершенный митоз. Причина незавершения митоза – конкуренция процессов пролиферации и дифференцировки, а на уровне генома – нарушения метаболизма циклин-зависимых киназ, некоторых других митотических киназ (AURORA), транскрипционных факторов Ect2, E2F, некоторых регуляторных белков (p53, ламинин, септин), а также компонентов сигнального пути Hippo. Время полиплоидизации ограничено ранним постнатальным онтогенезом и, как показали опыты с трансплантатами сердца, входит в программу развития. Типичный способ умножения генома – смена из цикла в цикл двуядерных и полиплоидных одноядерных клеток. Полиплоидизация клеток необратима и является нормальным механизмом роста органов, а для некоторых клеток – способом дифференцировки. На примере миокарда и печени показано, что состав и численность полиплоидных клеток зависят от условий жизни в раннем постнатальном периоде. После выхода из митотического цикла клетки продолжают расти; постмитотическая гипертрофия – один из основных способов роста миокарда в онтогенезе и единственный при его регенерации. Выявлен резерв роста миокарда при повреждении (инфаркт и др.), связанный с его плоидностью, заложенной в детстве. При повреждении печени млекопитающих в цикл входят все гепатоциты и происходят как деления, так и полиплоидизация клеток. Полиплоидия в онтогенезе вплоть до старения полноценно дополняет восстановление активности тканей и органов.