Activation of MAP kinase signaling pathway in early development of the polychaete Alitta virens

Abstract

Эмбрионы животных со спиральным дроблением (объединяемых в группу Spiralia) – многообещающая модель для исследования сигнальных каскадов в морфогенетических процессах. В экспериментах по удалению и пересадке бластомеров было показано существование индуктивных взаимодействий в зародышах моллюсков и аннелид, однако ее молекулярная природа до последнего времени оставалась загадкой. Первые данные о путях межклеточной коммуникации в раннем развитии Spiralia продемонстрировали существенную вариабельность участия МАР-киназного каскада. Изучение организующих событий у зародышей полихет представляет особенный интерес ввиду малоизученности этого вопроса и его важности для эволюционных построений. В нашей работе была исследована локализация активной формы Erk1/2 - ключевого белка-участника МАР-киназного сигнального каскада в развитии полихеты Alitta virens c целью выявить закономерности участия этого пути межклеточных взаимодействий у зародышей Spiralia. Исследование проводили методами иммуноцитохимии и лазерной конфокальной микроскопии с последующим анализом приуроченности активации МАРК к отдельным клеточным линиям и возможной связи с происходящими морфогенетическими событиями. Мы показали, что МАР-киназный каскад вовлечён в развитие зародыша A. virens на стадиях дробления, паттерны активации МАРК специфичны для конкретных линий бластомеров, в частности для квадранта D. В ходе дробления активная форма Erk1/2 может неоднократно появляться и исчезать в ряду клеточных поколений. На дорсальной стороне зародыша наблюдается дифференциальная активация МАРК в конце третьего и четвертого митотического цикла, а также в макромере 3D в начале пятого цикла. Характер пространственной активности МАР-киназного сигнального пути уникален для исследованного вида полихет, но показывает сходство с описанным для Spiralia паттерном в анимальных микромерах и мезэнтодермальном бластомере 3D.

Embryos of Spiralia are a promising model for studying cell signaling in development. Experiments such as cell deletion and transplantation, showed presence of inductive interactions within molluscan and annelid embryos yet its nature stayed unknown for a long time. First data revealing ways of intercellular communication in early development of Spiralia demonstrated a significant variability in the participation of the MAP kinase cascade in this process. Study on of organizing events in the embryos of polychaetes is of particular interest in view of the poorly understood nature of this question and its importance for evolutionary constructions. In our work we have observed the localization of active form of Erk1 / 2 - a key participant protein of the MARK-kinase signaling cascade - in development of polychaete Alitta virens in order to reveal the regularity of its participation in cell-to-cell interactions in Spiralian embryos. The study was carried out using immunocytochemistry and laser confocal microscopy, followed by analysis of the association of MAPK activation to individual cell lines and possible connections to occurring morphogenetic events. We showed that MAP kinase cascade is involved in development of A. virens at early cleavage stages. Patterns of MAPK activation are definite for specific blastomere lines, in particular for quadrant D. During the cleavage, Erk1 / 2 can repeatedly appear and disappear in certain cell lines. On the dorsal side of the embryo, differential activation of MAPK is observed at the end of the third and fourth mitotic cycle, and also in the 3D macromere at the beginning of the fifth cycle. The nature of spatial activity MAP kinase signaling pathway is unique between studied species of polychaetes, but shows similarity to the pattern described for Spiralia for its activation in animal micromeres and 3D mesenthodermal blastomere.