Wetenschappers onthullen het geheim van de eeuwige jeugd van een vreemd dier

Dwarsdoorsnede door tentakels van een transgene zeeanemoon die differentiatie-uitgroeiingen van SoxC-celclusters (paars) en bindspier (geel) laat zien. Krediet: Andreas Diener

In zeeanemonen zorgen sterk geconserveerde genen voor een continue differentiatie tussen neuronen en glandulaire cellen.

Zeeanemonen zijn ogenschijnlijk onsterfelijke dieren. Ze lijken immuun voor veroudering en de negatieve effecten die mensen in de loop van de tijd ervaren. De exacte redenen voor hun eeuwige jeugd worden echter niet volledig begrepen.

De genetische afdruk van de anemoon Nematostella vectensis Het onthult dat leden van deze ongelooflijk oude dierlijke stam dezelfde gensequenties gebruiken voor neuronale differentiatie als complexere organismen. Deze genen zijn ook verantwoordelijk voor het handhaven van de homeostase van alle cellen in het organisme tijdens het leven van de anemoon. Deze resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift cel rapporten door een groep evolutiebiologen onder leiding van Ulrich Technau of Universiteit van Wenen.

Bijna alle levende wezens bestaan ​​uit miljoenen, zo niet miljarden cellen die op complexe manieren samengaan om specifieke weefsels en organen te vormen, die zijn samengesteld uit een reeks celtypen, zoals een verscheidenheid aan neuronen en glandulaire cellen. Het is echter onduidelijk hoe dit kritische evenwicht van verschillende celtypen eruit ziet, hoe het wordt gereguleerd en of de verschillende celtypen van verschillende organismen een gemeenschappelijke oorsprong hebben.

Optische langsdoorsnede van een zeeanemonen met 1 transgeen neuron 1 (rood) in beide cellagen. Spieren zijn groen gekleurd en celkernen zijn blauw. Krediet: Andreas Diener

Eencellige inprenting leidt tot gemeenschappelijke voorouders

De onderzoeksgroep, geleid door ontwikkelingsevolutiebioloog Ulrich Technau, die ook hoofd is van het Single Cell Regulation of Stem Cells (SinCeReSt) Research Platform aan de Universiteit van Wenen, heeft de diversiteit en evolutie van alle soorten en soorten neuronen en klieren ontcijferd. Ontwikkelingsoorsprong van zeeanemonen Nematostella vectensis.

Om dit te bereiken, gebruikten ze transcriptie met één cel, een methode die de afgelopen tien jaar een revolutie teweeg heeft gebracht in de biogeneeskunde en de evolutionaire biologie.

Hiermee kunnen hele organismen worden opgesplitst in afzonderlijke cellen – en alle genen die momenteel in elke cel tot expressie worden gebracht, kunnen afzonderlijk worden gedecodeerd. Verschillende celtypen verschillen fundamenteel in de genen die ze tot expressie brengen. Daarom kunnen single-cell transcripten worden gebruikt om de moleculaire vingerafdruk van elke individuele cel te bepalen”, legt Julia Steiger, eerste auteur van de huidige publicatie, uit.

In het onderzoek werden cellen met overlappende vingerafdrukken gegroepeerd. Hierdoor konden wetenschappers specifieke celtypen of cellen in overgangsstadia van ontwikkeling onderscheiden, elk met unieke expressieve groepen. Het stelde onderzoekers ook in staat om de gemeenschappelijke afstamming en stamcelpopulaties van verschillende weefsels te identificeren.

Tot hun verbazing ontdekten ze dat, in tegenstelling tot eerdere veronderstellingen, neuronen, glandulaire cellen en andere sensorische cellen voortkomen uit een enkele gemeenschappelijke voorouderlijke populatie, die kan worden geverifieerd door genetische labeling bij levende dieren. Aangezien sommige kliercellen met neuronale functies ook bekend zijn bij gewervelde dieren, kan dit wijzen op een zeer oude evolutionaire relatie tussen kliercellen en neuronen.

Oude genen die constant worden gebruikt

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

“Interessant is dat dit gen niet ongebruikelijk is: het speelt ook een belangrijke rol bij de vorming van het zenuwstelsel bij mensen en veel andere dieren, wat, samen met andere gegevens, aantoont dat deze belangrijke regulerende mechanismen van neuronale differentiatie over de hele wereld geconserveerd lijken te zijn. het dierenrijk’, zegt Technow.

Door verschillende levensfasen te vergelijken, ontdekten de auteurs ook dat in zeeanemonen de genetische processen van neuronale ontwikkeling van embryo tot volwassen organisme worden gehandhaafd, en zo bijdragen aan neuronale homeostase gedurende het hele leven. Nematostella victensis.

Dit is opmerkelijk omdat zeeanemonen, in tegenstelling tot mensen, hun hele leven lang verloren of beschadigde neuronen kunnen vervangen. Voor toekomstig onderzoek roept dit de vraag op hoe zeeanemonen erin slagen deze mechanismen, die bij complexere organismen pas in het embryonale stadium voorkomen, op een gecontroleerde manier in het volwassen organisme te handhaven.

Referentie: “Eencellige transcriptomen identificeren geconserveerde regulatoren van glandulaire neuronale lijnen” door Julia Steiger, Alison J. Cole, Andreas Diener, Tatiana Lebedeva, Grigory Jenkovic, Alexander Reis, Robert Rischel, Elizabeth Taudes, Mark Lassnig en Ulrich Technau, 20 september 2022 en cel rapporten.
DOI: 10.1016 / j.celrep.2022.111370