Миногата е един от само двата вида живи безчелюстни гръбначни животни. Челюстите се образуват от ключова популация от стволови клетки, наречена невронен гребен. Ново изследване разкрива генните регулаторни промени, които могат да обяснят морфологичните разлики между челюстните и безчелюстните гръбначни животни.
Биолози от Северозападния университет са установили кога е еволюирала генната мрежа, която регулира тези стволови клетки, и са придобили представа за причините за липсата на челюсти при миногите.
Двата типа клетки - плурипотентни бластулни клетки (или ембрионални стволови клетки) и клетки на невронния гребен - са "плурипотентни", което означава, че могат да се превърнат във всички останали типове клетки в организма.
В новата статия изследователите сравняват гените на миногата с тези на ксенопуса (Xenopus) - водна жаба с челюсти. Използвайки сравнителна транскриптомика, изследването разкрива поразително сходна мрежа от гени за плурипотентност при безчелюстните и челюстните гръбначни животни, дори на ниво количество транскрипти за ключови регулаторни фактори.
Но изследователите откриват и една важна разлика. Въпреки че клетките на бластулата и при двата вида експресират гена pou5, ключов регулатор на стволовите клетки, генът не се експресира в стволовите клетки на невронния гребен при миногите.
Загубата на този фактор може да е ограничила способността на клетките на невронния гребен да формират клетъчни типове, срещани при челюстните гръбначни животни, които изграждат скелета на главата и челюстите.
Изследването е публикувано в списание Nature Ecology & Evolution.
Образуване на невронен гребен по време на неврулация. Кредит: Wikimedia Commons
Сравнявайки биологията на безчелюстните и челюстните гръбначни животни, изследователите могат да добият представа за еволюционния произход на характеристиките, които определят гръбначните животни, включително и човека, как разликите в генната експресия допринасят за ключовите различия в плана на тялото и как е изглеждал общият прародител на всички гръбначни животни.
"Миногите могат да са ключът към разбирането на това откъде сме дошли", заявява Карол Лабон (Carole LaBonne) от Северозападния университет, ръководител на изследването. "В еволюционната биология, ако искате да разберете откъде е дошла дадена особеност, не гледате напред към по-сложните гръбначни животни, които са се развивали независимо в продължение на 500 милиона години. Трябва да погледнете назад, към най-примитивната версия на вида животно, което изучавате, което ни води обратно към морските котки и миногите - последните живи примери за гръбначни без челюсти."
Експерт по биология на развитието, ЛаБон е професор по молекулярна биология в Колежа по изкуства и науки "Вайнберг". Тя ръководи катедрата "Ераст Отис Хейвън" и е част от ръководството на новия Национален институт по теория и математика в биологията "Саймънс" към Националната научна фондация (NSF).
Лабон и колегите ѝ в предишни изследвания показват, че развитието на произхода на клетките на невронния гребен е свързано със запазването на генната регулаторна мрежа, която контролира плурипотентността в стволовите ембионални клетки. В новото изследване те изследват еволюционния произход на връзките между тези две популации стволови клетки.
"Стволовите клетки на невронния гребен са като еволюционен комплект Лего", обяснява Лабон. "Те се превръщат в най-различни типове клетки, включително неврони и мускули, и това, което обединява всички тези типове клетки, е общият им произход в невронния гребен."
Докато ембрионалните стволови клетки на стадий бластула губят своята плурипотентност и се ограничават до различни клетъчни типове доста бързо с развитието на ембриона, клетките на невронния гребен запазват молекулярния инструментариум, който контролира плурипотентността по-късно в развитието.
Екипът на Лабон открива напълно непокътната мрежа на плурипотентност в бластулните клетки на миногата - стволови клетки, чиято роля при безчелюстните гръбначни животни е била неизяснена. Това означава, че популациите от бластулни и стволови клетки на невронния гребен на челюстните и безчелюстните гръбначни животни са еволюирали съвместно в основата на гръбначните животни.
Постдокторантът от Северозападния университет и първи автор Джошуа Йорк (Joshua York) наблюдава "повече прилики, отколкото разлики" между миногата и ксенопуса.
"Докато повечето гени, контролиращи плурипотентността, се експресират в невронния гребен на миногата, експресията на един от тези ключови гени - pou5 - е загубена от тези клетки", заявява Йорк. "Удивително е, че въпреки че pou5 не се експресира в невронния гребен на миногата, той може да стимулира формирането на невронния гребен, когато го експресираме в жаби, което предполага, че този ген е част от древна мрежа за плурипотентност, която е присъствала в най-ранните ни предци гръбначни животни."
Експериментът също така им помогна да изкажат хипотезата, че генът е бил специално загубен при определени същества, а не нещо, което челюстните гръбначни са развили по-късно.
"Друго забележително откритие на изследването е, че въпреки че тези животни са разделени от 500 милиона години еволюция, съществуват строги ограничения върху нивата на експресия на гените, необходими за стимулиране на плурипотентността."
"В момента, в който се появиха тези данни, те са в сила. "Големият въпрос без отговор е: защо?"
Справка: Joshua R. York, Anjali Rao, Paul B. Huber, Elizabeth N. Schock, Andrew Montequin, Sara Rigney, Carole LaBonne. Shared features of blastula and neural crest stem cells evolved at the base of vertebrates. Nature Ecology & Evolution, 2024; DOI: 10.1038/s41559-024-02476-8
Източник: Lampreys possess a ‘jaw-dropping’ evolutionary origin, Northwestern University
Още по темата
Животът
Древни вируси са помогнали за еволюцията на по-бързи и по-дълги нервни клетки
Животът
Тези животни са изчезнали през 2023 г
Медицина
Първата истинска маймуна химера се ражда "светеща" с два комплекта ДНК
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари