De genetische vingerafdruk van de zeeanemoon Nematostella vectensis laat zien dat de leden van deze evolutionair zeer oude dierstam dezelfde gencascades gebruiken voor de differentiatie van neuronale celtypes als complexere organismen. Deze genen zijn ook verantwoordelijk voor het evenwicht van alle cellen in het organisme gedurende het hele leven van de anemoon. De resultaten zijn gepubliceerd door een team van ontwikkelingsbiologen onder leiding van Ulrich Technau van de Universiteit van Wenen in Cell Reports .

Bijna alle dierlijke organismen zijn gemaakt van miljoenen, zo niet miljarden cellen die zich op complexe manieren groeperen om specifieke weefsels en organen te vormen, die uit meerdere verschillende celtypen bestaan, zoals een verscheidenheid aan neuronen of kliercellen. Hoe dit belangrijke evenwicht van verschillende celtypen ontstaat, hoe het wordt gereguleerd en of de verschillende celtypen van verschillende dierlijke organismen een gemeenschappelijke oorsprong hebben, is niet goed begrepen.

Eencellige vingerafdruk leidt tot gemeenschappelijke voorouders

De onderzoeksgroep, geleid door evolutionair ontwikkelingsbioloog Ulrich Technau, die ook hoofd is van het Single Cell Regulation of Stem Cells (SinCeReSt) onderzoeksplatform aan de Universiteit van Wenen, heeft de diversiteit en evolutie van alle zenuw- en klierceltypes en hun ontwikkelingsoorsprong in de zeeanemoon Nematostella vectensis. Om dit te bereiken, gebruikten ze single cell transcriptomics, een methode die het afgelopen decennium een ​​revolutie teweeg heeft gebracht in de biogeneeskunde en de evolutionaire biologie.

"Hiermee kunnen hele organismen worden opgesplitst in afzonderlijke cellen - en het geheel van alle momenteel tot expressie gebrachte genen in elke individuele cel kan worden gedecodeerd. Verschillende celtypen verschillen fundamenteel in de genen die ze tot expressie brengen. Daarom kunnen transcriptomics met één cel worden gebruikt om te bepalen de moleculaire vingerafdruk van elke individuele cel", legt Julia Steger, eerste auteur van de huidige publicatie, uit.

In het onderzoek werden cellen met een overlappende vingerafdruk gegroepeerd. Hierdoor konden de wetenschappers gedefinieerde celtypen of cellen in overgangsstadia van ontwikkeling onderscheiden, elk met unieke expressiecombinaties. Het stelde de onderzoekers ook in staat om de gemeenschappelijke voorloper- en stamcelpopulaties van de verschillende weefsels te identificeren. Tot hun verbazing ontdekten ze dat, in tegenstelling tot eerdere veronderstellingen, neuronen, glandulaire cellen en andere sensorische cellen afkomstig zijn van één gemeenschappelijke populatie voorlopers, wat kan worden geverifieerd door genetische labeling bij levende dieren. Aangezien sommige kliercellen met neuronale functies ook bekend zijn bij gewervelde dieren, zou dit kunnen duiden op een zeer oude evolutionaire relatie tussen kliercellen en neuronen.

Oud gen constant in gebruik

Eén gen speelt een speciale rol bij de ontwikkeling van deze gemeenschappelijke vooroudercellen. SoxC komt tot expressie in alle voorlopercellen van neuronen, kliercellen en cnidocyten en is essentieel voor de vorming van al deze celtypen, zoals de auteurs bovendien konden aantonen in knock-out-experimenten.

"Interessant is dat dit gen geen onbekende is:het speelt ook een belangrijke rol bij de vorming van het zenuwstelsel bij mensen en vele andere dieren, wat, samen met andere gegevens, aantoont dat deze belangrijke regulerende mechanismen van zenuwceldifferentiatie behouden lijken te blijven. over het dierenrijk", zegt Technau.

Door verschillende levensfasen te vergelijken, ontdekten de auteurs ook dat in zeeanemonen de genetische processen van neuronontwikkeling worden gehandhaafd van het embryo tot het volwassen organisme, en daarom bijdragen aan het evenwicht van neuronen gedurende het hele leven van Nematostella vectensis. Dit is opmerkelijk omdat zeeanemonen, in tegenstelling tot mensen, hun hele leven lang ontbrekende of beschadigde neuronen kunnen vervangen. Voor toekomstig onderzoek roept dit de vraag op hoe de zeeanemoon erin slaagt deze mechanismen, die bij complexere organismen alleen in het embryonale stadium voorkomen, op een gecontroleerde manier in het volwassen organisme te handhaven. + Verder verkennen

De stekende cellen van kwallen bevatten aanwijzingen voor het ontstaan ​​van nieuwe celtypen