Предлагаемый проект направлен на решение одной из важнейших проблем биологии развития - выяснение молекулярных механизмов формирования морфогенетических полей - крупномасштабных динамических структур, обеспечивающих правильную пространственную разметку эмбриональных зачатков. Главная цель проекта – исследование функций найденных нами ранее генов, ответственных за эмбриональный скейлинг – уникальное и малоизученное свойство эмбрионов регулировать свою пространственную структуру в зависимости от своего размера. Также планируется поиск с помощью разработанного ранее подхода новых регуляторов эмбрионального скейлинга. Данный подход основан на предсказании наших теоретических исследований о том, что, по-крайней мере некоторые компоненты реакционно-диффузионных систем, ответственных за формирования морфогенетических полей в эмбрионах – транскрипты определенных генов, названных нами скейлерами (от английского scale - масштаб), в отличие от транскриптов большинства генов, должны резко менять свою концентрацию при изменении размеров эмбриона. Из этого предсказания следует, что транскрипты скейлеров могут быть идентифицированы в результате сравнения транскриптомов эмбрионов разного размера. В предыдущем проекте с помощью этого подхода, при сравнении транскриптомов искусственно уменьшенных и нормальных эмбрионов шпорцевой лягушки на стадии поздней гаструлы, в качестве потенциального скейлера мы идентифицировали секретируемую матриксную металлопротеиназу-3 (MMP3). Было показано, что в уменьшенных эмбрионах экспрессия этого гена резко снижается, что приводит к уменьшению общего количества одного из основных эмбриональных индукторов – белка Chordin. Мы установили, что уменьшение количества этого белка, при снижении концентрации MMP3, происходит в следствие того, что MMP3 "спасает" Chordin от его деградации в результате действия другой металлопротеиназы - Tolloid. В свою очередь, уменьшение количества Chordin изменяет масштаб дорсо-вентральной разметки эмбриона в соответствии с его уменьшенными размерами. Тем самым было подтверждено, что MMP3 действительно функционирует как скейлер. В результате реализации настоящего проекта планируется, во-первых, выяснить механизм зависимости экспрессии гена MMP3 от размеров эмбриона. Во-вторых, изучить молекулярные функции и роль в сейлинге идентифицированного ранее другого потенциального скейлера - гена, кодирующего трансмембранный транспортный белок SLC16A6 из суперсемейства solute carrier, и в отличие от MMP3, резко усиливающего свою экспрессию в уменьшенных эмбрионах. В-третьих, расширить применение разработанного нами подхода, проведя поиск скейлеров на стадии ранней гаструлы у эмбрионов шпорцевой лягушки, а также у эмбрионов двух эволюционно далеких от лягушки организмов - у морского ежа Strongilocentrotus pallidus и у гидроида Nematostella vectenesis. В-четвертых, с использованием полученных и литературных данных провести математическое моделирование процессов эмбрионального скейлинга у эмбрионов шпорцевой лягушки, а также уточнить класс моделей, в принципе обладающих характеристикой скейлинга. Таким образом, в результате реализации предлагаемого проекта будут получены абсолютно новые данные, имеющие важное значение для решения одной из фундаментальных проблем биологии - для выяснения механизмов формирования морфогенетических полей в эмбриогенезе. В частности, впервые на молекулярно-генетическом уровне будут изучены механизмы, обеспечивающие уникальное свойство морфогенетических полей - их способность к скейлингу при изменении размеров эмбрионов.