Gamle gener holder søanemoner for evigt unge

Det genetiske fingeraftryk fra havanemonen Nematostella vectensis viser, at medlemmerne af denne evolutionært meget gamle dyrestamme bruger de samme genkaskader til differentiering af neuronale celletyper som mere komplekse organismer. Disse gener er også ansvarlige for balancen i alle celler i organismen gennem anemonens liv. Resultaterne blev offentliggjort af et hold af udviklingsbiologer ledet af Ulrich Technau fra Universitetet i Wien i Cell Reports .

Næsten alle dyreorganismer er lavet af millioner, hvis ikke milliarder af celler, der grupperer sig sammen på komplekse måder for at danne specifikke væv og organer, som består af flere forskellige celletyper, såsom en række neuroner eller kirtelceller. Hvordan denne vigtige balance mellem forskellige celletyper opstår, hvordan den reguleres, og om de forskellige celletyper af forskellige dyreorganismer har en fælles oprindelse, er ikke velforstået.

Encellet fingeraftryk fører til fælles forfædre

Forskergruppen, ledet af den evolutionære udviklingsbiolog Ulrich Technau, som også er leder af Single Cell Regulation of Stem Cells (SinCeReSt) forskningsplatformen ved Wiens Universitet, har dechifreret mangfoldigheden og udviklingen af ​​alle nerve- og kirtelcelletyper og deres udviklingsmæssig oprindelse i søanemonen Nematostella vectensis. For at opnå dette brugte de enkeltcellet transkriptomik, en metode, der har revolutioneret biomedicin og evolutionær biologi i løbet af det sidste årti.

"Hermed kan hele organismer opløses i enkeltceller - og hele alle aktuelt udtrykte gener i hver enkelt celle kan afkodes. Forskellige celletyper er fundamentalt forskellige i de gener, de udtrykker. Derfor kan enkeltcelle-transkriptomik bruges til at bestemme det molekylære fingeraftryk af hver enkelt celle," forklarer Julia Steger, førsteforfatter til den aktuelle publikation.

I undersøgelsen blev celler med et overlappende fingeraftryk grupperet. Dette gjorde det muligt for forskerne at skelne definerede celletyper eller celler i overgangsstadier af udvikling, hver med unikke udtrykskombinationer. Det gjorde det også muligt for forskerne at identificere de fælles stamceller og stamcellepopulationer i de forskellige væv. Til deres overraskelse fandt de ud af, at i modsætning til tidligere antagelser stammer neuroner, kirtelceller og andre sensoriske celler fra en fælles stamfaderpopulation, som kunne verificeres ved genetisk mærkning i levende dyr. Da nogle kirtelceller med neuronale funktioner også er kendt hos hvirveldyr, kunne dette indikere et meget gammelt evolutionært forhold mellem kirtelceller og neuroner.

Gamle gen i konstant brug

Et gen spiller en særlig rolle i udviklingen af ​​disse fælles forfaderceller. SoxC udtrykkes i alle precursorceller af neuroner, kirtelceller og cnidocytter og er essentiel for dannelsen af ​​alle disse celletyper, som forfatterne desuden kunne vise i knockout-eksperimenter.

"Interessant nok er dette gen ikke fremmed:Det spiller også en vigtig rolle i dannelsen af ​​nervesystemet hos mennesker og mange andre dyr, hvilket sammen med andre data viser, at disse centrale reguleringsmekanismer for nervecelledifferentiering ser ud til at være bevaret. på tværs af dyreriget," siger Technau.

Ved at sammenligne forskellige livsstadier fandt forfatterne også ud af, at i søanemoner opretholdes de genetiske processer for neuronudvikling fra embryonet til den voksne organisme, hvilket bidrager til balancen mellem neuroner gennem Nematostella vectensis's levetid. Dette er bemærkelsesværdigt, fordi søanemoner i modsætning til mennesker kan erstatte manglende eller beskadigede neuroner gennem hele deres liv. Til fremtidig forskning rejser dette spørgsmålet om, hvordan søanemonen formår at fastholde disse mekanismer, som hos mere komplekse organismer kun forekommer i fosterstadiet, ind i den voksne organisme på en kontrolleret måde. + Udforsk yderligere

Vandmænds stikkende celler rummer spor til fremkomsten af ​​nye celletyper