Caenorhabditis elegans — свободноживущая нематода (круглый червь) длиной около 1 мм. Исследования этого вида в молекулярной биологии и биологии развития начались в 1974 работами Сиднея Бреннера ^[1]. Широко используется как модельный организм в исследованиях по генетике, нейрофизиологии, биологии развития. Геном полностью просеквенирован и опубликован в 1998 году (дополнен в 2002). Мартин Чалфи использовал C. elegans при исследовании зелёного флуоресцентного белка.

Геном

C. elegans был первым многоклеточным организмом, чей геном был полностью секвенирован. Полная последовательность была опубликована в 1998^[2], однако в ней оставались небольшие пробелы (последний был закрыт в октябре 2002). Геном C. elegans имеет длину приблизительно 100 миллионов пар оснований и содержит приблизительно 20 000 генов. Большинство этих генов кодирует белки, но, вероятно, среди них есть примерно 1 000 генов РНК. Учёные продолжают уточнять множество известных генов.

В 2003 также была определена генная последовательность родственной нематоды C. briggsae. Это позволило исследователям провести сравнительный генетический анализ двух близких организмов^[3]. В настоящее время продолжается работа над определением генных последовательностей других нематод того же рода, таких как C. remanei,^[4] C. japonica^[5] и C. brenneri.^[6] Эти новые генные последовательности получены методом «Whole-Genome Shotgun», а это значит, что результаты скорее всего не будут такими полными и точными, как в случае C. elegans, геном которого был секвенирован с использованием иерархического метода «Clone-by-Clone»).

Официальная версия генной последовательности C. elegans продолжает изменяться по мере того, как новые исследования приводят к нахождению ошибок в первоначальной последовательности (секвенирование ДНК не защищёно от ошибок). Большинство изменений обычно незначительны, добавляется или удаляется только несколько комплементарных пар оснований ДНК. Например, версия WS169 WormBase (декабрь 2006) содержит 6 изменений последовательности^[7]. Изредка производятся более серьёзные изменения, например, в версии WS159, опубликованной в мае 2006 года, в последовательность были добавлены более 300 пар оснований^[8].

Определение пола

У С. elegans два пола, самцы(ХО) и гермафродиты(ХХ), которые являются самками приобретшими способность к сперматогенезу. У С. elegans пол определяется механизмом XX — ХО, значение имеет отношение числа X-хромосом к числу наборов аутосом. Половое развитие всех соматических клеток контролируется регуляторным путём, активность которого различается у разных полов. Этот путь называют глобальным, в отличие от путей, контролирующих развитие отдельных тканей. Так же этот путь отвечает за контроль дозовой компенсации, процесс, приводящий к равной экспрессии X-связанных генов у обоих полов.

В общем, количество X-хромосом контролирует серию ингибиторных реакций, которая в конце определяет активность конечного регулятора tra-1(transformer-1). А он определяет половую дифференциацию организма.

Каскад половой дифференциации запускается в раннем эмбрионе отношением числа X-хромосом к числу наборов аутосом. Оно влияет на экспрессию xol-1 (XO lethal 1). При большом отношении (хх) она угнетается, а при низком — нет. В X-хромосоме закодированы «нумераторы». Всего их 4, но изучены только 2 элемента: fox-1, РНК — связывающий белок, который может посттранскрипционно ингибировать хо1-1, и sex-1, он родственен ядерным рецепторам гормонов и ингибирует хо1-1 связываясь с его промотером. Аутосомальные «деноминаторы» имеют противоположенное действие, они кодируют регуляторы транскрипции.

Xol −1 подавляет активность sdc. Они входят в большой белковый комплекс, связывающийся с X-хромосомой и на половину уменьшающий её транскрипцию. Sdc-2 так же связывается с промотером her-1 и уменьшают его транскрипцию в 20 раз по сравнению с ХО — животными. HER-1 — это маленький секретируемый белок, отвечающий за мужское развитие клеток неавтономным способом. Он ингибирует tra-2, который при этом не может связаться с fem, он удерживает tra-1 в цитоплазме и развитие происходит по мужскому пути. Перемещение в ядро транскрипционного фактора tra-1 означает реализацию гермафродитного фенотипа. При этом белок fem диссоциирует с tra-1 и связывается с белком tra-2.

Нервная система

C. elegans имеет одну из самых «простых» нервных систем (простыми часто называют нервные системы, состоящие из небольшого числа нейронов). Взрослая гермафродитная особь состоит из 959 клеток^[9] и имеет всего 302 нейрона, связи между которыми были полностью описаны.^[10] В связи с этим C. elegans является удобным объектом для изучения механизмов управления движениями, передачи сигналов по нейронной сети, хемотаксиса и т. п.

Особенности жизненного цикла

При недостатке пищи или действии ряда других факторов, в том числе выделений взрослых особей, подвергнувшихся негативным действиям среды, из претерпевших одну линьку личинок (стадия L2) может развиться не обычная для жизненного цикла нематод личинка L3, а так называемая дауэровская личинка (Dauer larva). Ряд таких веществ, производных аскарилозы, называют даумонами.

Ссылки