Cnidocyty – lub komórki parzące – które są charakterystyczne dla ukwiałów, stułbi, koralowców i meduz i sprawiają, że uważamy na stopy podczas brodzenia w oceanie, są również doskonałym modelem do zrozumienia powstawania nowych typów komórek. do nowych badań Cornella.
W nowych badaniach opublikowanych w Proceedings of the National Academy of Sciences 2 maja, Leslie Babonis, adiunkt ekologii i biologii ewolucyjnej w College of Arts and Sciences, wykazał, że te komórki żądlące wyewoluowały przez zmianę przeznaczenia neuronu odziedziczonego po przed- przodek parzydełkowy.
„Te zaskakujące wyniki pokazują, w jaki sposób nowe geny uzyskują nowe funkcje napędzające ewolucję bioróżnorodności” – powiedział Babonis. „Sugerują, że kooptacja typów komórek przodków była ważnym źródłem nowych funkcji komórek we wczesnej ewolucji zwierząt”.
Zrozumienie, w jaki sposób powstają wyspecjalizowane typy komórek, takie jak komórki parzące, jest jednym z kluczowych wyzwań biologii ewolucyjnej, powiedział Babonis. Od prawie wieku wiadomo było, że parzydełka powstały z puli komórek macierzystych, z których powstają również neurony (komórki mózgowe), ale do tej pory nikt nie wiedział, w jaki sposób te komórki macierzyste decydują się stworzyć albo neuron, albo parzydełko. Zrozumienie tego procesu u żywych parzydełek może ujawnić wskazówki dotyczące ewolucji parzydełek, powiedział Babonis.
Cnidocyty („cnidos to po grecku „pokrzywa”), wspólne dla gatunków z różnorodnej gromady Cnidaria, mogą wystrzeliwać toksyczne zadziory lub kropelki lub umożliwiać parzydełkom ogłuszanie zdobyczy lub odstraszanie najeźdźców. Parzydełka są jedynymi zwierzętami, które mają parzydełka, ale wiele zwierząt ma neurony, powiedział Babonis.Więc wraz z kolegami z Whitney Lab for Marine Bioscience na Uniwersytecie Florydy zbadali parzydełka, a konkretnie ukwiały, aby zrozumieć, w jaki sposób można przeprogramować neuron, aby stworzyć nową komórkę.
„Jedną z unikalnych cech parzydełek jest to, że wszystkie mają wybuchowe organelle (mała kieszonka wewnątrz komórki), w której znajduje się harpun, który wystrzeliwuje cię, by cię użądlić” – powiedział Babonis. „Te harpuny są wykonane z białka, które również występuje tylko u parzydełkowców, więc cnidocyty wydają się być jednym z najwyraźniejszych przykładów tego, jak pochodzenie nowego genu (kodującego unikalne białko) może napędzać ewolucję nowego typu komórki ”.
Wykorzystując funkcjonalną genomikę ukwiała gwiaździstego, Nematostella vectensis, naukowcy wykazali, że parzydełka rozwijają się poprzez wyłączenie ekspresji neuropeptydu RFamid w podzbiorze rozwijających się neuronów i przekształcenie tych komórek w knidocyty. Co więcej, naukowcy wykazali, że pojedynczy gen regulatorowy specyficzny dla parzydełek odpowiada zarówno za wyłączenie funkcji neuronalnej tych komórek, jak i za włączenie cech specyficznych dla parzydełek.
Neurony i cnidocyty mają podobną formę, powiedział Babonis; obie są komórkami wydzielniczymi zdolnymi do wyrzucenia czegoś z komórki. Neurony wydzielają neuropeptydy – białka, które szybko przekazują informacje innym komórkom. Cnidocyty wydzielają harpuny z trucizną.
„Istnieje jeden gen, który działa jak włącznik światła – kiedy jest włączony, otrzymujesz cnidocyt, a kiedy jest wyłączony, otrzymujesz neuron” – powiedział Babonis. „To całkiem prosta logika kontrolowania tożsamości komórki”.
Babonis powiedział, że to pierwsze badanie, które wykazało, że ta logika istnieje u parzydełka, więc ta cecha prawdopodobnie regulowała sposób, w jaki komórki różniły się od siebie u najwcześniejszych zwierząt wielokomórkowych.
Babonis i jej laboratorium planują przyszłe badania, aby zbadać, jak rozpowszechniony jest ten genetyczny przełącznik włącz/wyłącz w tworzeniu nowych typów komórek u zwierząt. Na przykład jeden z projektów zbada, czy podobny mechanizm wpływa na powstawanie nowych komórek wydzielających szkielet w koralowcach.
Badania te były wspierane przez Narodową Fundację Nauki i NASA.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet Cornella. Oryginał napisany przez Kate Blackwood, dzięki uprzejmości Cornell Chronicle. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.