Bő éve már írtam egy hosszabb posztot arról, hogy miként magyarázható az ujjaink kialakulása a fejlődés során Turing-mechanizmus segítségével. Akkor valahol ott hagytuk abba, hogy minden jel szerint ha létezik egy ilyen mechanizmus, azt Hox fehérjék (elsősorban Hoxd13), illetve a Fibroblast Growth Factor (Fgf) jelátvitel modulálja.
Most a korábbi tanulmány szerzői közül James Sharpe csoportja tovább igyekezett göngyölíteni a rejtélyt és azonosították a korábban csak feltételezett Turing-mechanizmus molekuláris komponenseit. Ezek pedig nem mások, mint két másik fontos jelátviteli útvonal a Bmp és Wnt elemei, valamint a csontképződés egyik legkoraibb markerének tartott Sox9.
Az már korábban is ismert volt, hogy a Bmp jelátvitel elősegíti a Sox9 kifejeződését, a Wnt jelátvitel pedig gátolja azt, de Sharpejék először figyeltek fel rá, hogy a Sox9 valamint a Wnt jelátvitel (aktivált B-catenin által mért) aktivitása és a Bmp jelátvitel egyik ligandumát kódoló Bmp2 gén expressziója szintén komplementer. (Érdekes módon a Bmp2 kifejeződése, és a Bmp jelátvitel (pSMAD-al mérhető) aktivitása sem esik egybe, ami annak az oka, hogy ahol a ligandum aktiválni tudja a receptort ott egy ún. feed-back gátlás valósul meg a bekapcsolt gének, így a Sox9 által is.)
A három komponens mibenlétét, illetve a korábban már leirodalmazott Bmp-jelátvitel általi Sox9 aktiválást és Wnt-jelátvitel általi gátlást ismerve, Sharpe csoportja olyan matematikai modelleket próbált építeni, amelyek periodikus jelet hoznak létre. Az alább látható módon sikerült is, és amikor megfelelő paraméterekkel a Hoxd13 és Fgf általi moduációt is beépítették, a számítógépes szimuláció valami nagyon hasonlót hozott ki, mint amit a végtagbimbó “kézfeji” régiójában a Sox9 expresszióval kísérletesen is tapasztaltak.
A modell másik nagya előnye az volt, hogy tesztelhető predikciókat tett arra vonatkozóan, hogy mi lenne, ha a Wnt-, vagy Bmp-jelátvitelt gátolnák az embrióban: utóbbi esetben el kellene tűnjön a Sox9, míg előbbi esetben kvázi univerzálisan jelen lesz a végtagbimbó végében. Feltehetően a csoport nem kis megelégedésére, pontosan ezt találták. (Sőt, ha mindkét jelátvitelt gátolták, akkor a számítógépes modell jóslatának megfelelően, egy kevés-ujjú végtag alakult ki, ahol a periódus egyre növekedett a jelátvitelgátló reagensek koncentrációjának függvényében, pont ahogy egy Turing-mechanizmustól elvárnánk.)
Ez persze nem jelenti azt, hogy más mechanizmusoknak (így a korábban főszereplőnek gondolt Sonic-hedgehog (Shh) jelátvitelnek) nem lehet szerepük az ujjképződésben, de azok inkább másodhegedűsök lesznek a Bmp-Sox9-Wnt triumvirátus mellett.
Raspopovic J, Marcon L, Russo L, Sharpe J. (2014) Modeling digits. Digit patterning is controlled by a Bmp-Sox9-Wnt Turing network modulated by morphogen gradients. Science 345: 566-70.