Почему сердце находится слева, а стрелки часов движутся вправо. Тайны асимметричности мира

Итак, было изящно продемонстрировано, что белок Sonic hedgehog активнее накапливается на левой половине эмбриона, но тут возникла вечная проблема биологии: корреляция – это не объяснение. Но работа Левина тем и отличалась, что могла дать ответ на подобную критику. Ученые поместили крошечную группу клеток, вырабатывающих Sonic hedgehog, справа от гензеновского узелка и посмотрели, что получится на следующий день. Сердце развивалось нормально, только не слева, как обычно, а справа. Впервые выяснилось, что точно размещенное химическое вещество может предопределить, справа или слева окажется сердце животного. Разместите группу клеток справа – и сердце окажется справа, поместите слева – и сердце будет слева. С той поры последовал шлейф открытий различных сигнальных молекул, одной из которых оказался и Sonic hedgehog. И все же ключевого элемента все еще не хватало: что же все-таки отличает левую сторону гензеновского узелка от правой?[163]

Рис. 5.18. Асимметричность выделения белка Sonic hedgehog в эмбрионе курицы. На верхнем рисунке показано схематическое изображение эмбриона: HP – формирующаяся голова, HN – гензеновский узелок, PS – первичная полоска. На нижнем рисунке – сечение эмбриона на уровне гензеновского узелка, показанное на верхнем рисунке пунктиром, PP – первичная ямка в гензеновском узелке, E – внешний эктодермальный слой, M – внутренний мезодермальный. Эмбрион был окрашен, чтобы выделить белок Sonic hedgehog, который выглядит как большое черное пятно слева от срединной линии в верхней части эмбриона

Пока Левин и другие искали сигнальные молекулы, Мартина Брюкнер и ее сотрудники, работавшие в лаборатории Артура Хорвича в Йельском университете, пытались выяснить, что не так с iv-мышами, стараясь найти дефектный ген. Этот долгий и трудный поиск Хорвич назвал лаконично: «Скучная работа». Понадобилось шесть лет, чтобы отыскать этот ген, и его расшифровка была опубликована в 1997 году. Выяснилось, что iv-ген отвечает за выработку белка, который группа Брюкнер назвала «лево-правый динеин». Ненормальность динеинов при синдроме Картагенера уже говорила о том, что эти молекулярные моторы клеток как-то связаны с латерализацией сердца. Однако единственное, что было совершенно ясно в отношении лево-правого динеина, – это то, что он не имеет никакого отношения к формированию реснитчатого эпителия в дыхательных путях и синусов iv-мышей, поскольку они были в норме. Так как же он был связан с различением левого и правого? Теории множились, некоторые предполагали, что, возможно, молекулы работают примерно так же, как F-молекула Брауна и Уолперта, перекачивая химические вещества из левой части клетки в правую, таким образом показывая эмбриону, где какая сторона. Но, похоже, дело было совсем не в этом. В некотором отношении все оказалось куда проще, намного проще, чем четверть века назад предполагал Афзелиус. У iv-мышей оказался ненормальный реснитчатый эпителий, но совсем не там, где его раньше искали, и не того же типа, как тот, что был дефектным при синдроме Картагенера[164].

Ключевое открытие сделала группа ученых под руководством Нобутаки Хирокавы из Университета Токио. Они изучали кинезины, которые, как и динеины, представляют собой молекулярные моторы, которые, скользя по микротрубочкам, перемещают молекулы в клетке. Каждый кинезин состоит из более мелких белков, два из которых называются KIF3A и KIF3B. Хирокава и его коллеги изучали, какую роль в развитии играют KIF3A и KIF3B, выведя мышь, в которой один из этих белков был выключен. Оба белка явно очень важны, так как подвергнутые эксперименту эмбрионы оказывались очень по-разному деформированы и погибали на ранней стадии беременности. Неожиданно выяснилось, что примерно у половины эмбрионов сердце оказалось справа, что добавило еще одно генетическое отклонение в список тех, что вызывают situs inversus. Зная, что узел считался ключевым в установлении лево-правой асимметрии, поскольку кинезины участвовали в формировании таких тканей, как реснитчатый эпителий, Хирокава внимательно изучил узелковую область под микроскопом. Узел показан на рис. 5.19, где он выглядит как небольшая ямка примерно треугольной формы, под которой около двадцати клеток – так называемых моноцилий[165].