مقطع عرضي من خلال مجسات لشقائق النعمان البحرية المعدلة وراثيا تظهر نواتج تمايز لمجموعات خلايا SoxC (أرجواني) وعضلات ضامة (أصفر). الائتمان: أندرياس تينر

في شقائق النعمان البحرية ، تضمن الجينات المحفوظة للغاية تمايزًا مدى الحياة بين الخلايا العصبية والخلايا الغدية.

شقائق النعمان البحرية حيوانات خالدة. يبدو أنهم محصنون ضد الآثار السلبية للشيخوخة ومرور الوقت الذي يمر به البشر. ومع ذلك ، فإن الأسباب الدقيقة لشبابهم الأبدي ليست مفهومة تمامًا.

البصمات الجينية لشقائق النعمان البحرية نيماتوستيلا فيكتنسيس يكشف أن أعضاء هذه الأنواع الحيوانية القديمة بشكل لا يصدق يستخدمون نفس الحزم الجينية لتمايز الخلايا العصبية مثل الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا. تحافظ هذه الجينات على توازن جميع خلايا الكائن الحي خلال حياة شقائق النعمان. تم نشر هذه النتائج مؤخرًا في المجلة تقارير الخلية من قبل مجموعة من علماء الأحياء التطورية بقيادة أولريش تكناو جامعة فيينا.

تتكون جميع الكائنات الحية تقريبًا من ملايين ، إن لم يكن بلايين ، من الخلايا التي تتحد بطرق معقدة لتشكيل أنسجة وأعضاء معينة ، والتي تتكون من أنواع مختلفة من الخلايا ، مثل الخلايا العصبية والخلايا الغدية. ومع ذلك ، فمن غير الواضح كيف يظهر هذا التوازن الحرج لأنواع الخلايا المختلفة ، وكيف يتم تنظيمه ، وما إذا كانت أنواع الخلايا المختلفة في الأنواع الحيوانية المختلفة لها أصل مشترك.

مقطع طولي بصري لشقائق النعمان البحرية مع خلايا عصبية معدلة وراثيًا من Nanos1 (باللون الأحمر) في كلا طبقتين من الخلايا. تظهر العضلات باللون الأخضر ونواة الخلية باللون الأزرق. الائتمان: أندرياس تينر

تؤدي البصمات أحادية الخلية إلى أسلاف مشتركة

فهم فريق البحث ، بقيادة عالم الأحياء التطوري أولريش تكناو ، الذي يرأس منصة أبحاث تنظيم الخلية الواحدة للخلايا الجذعية (SinCeReSt) في جامعة فيينا ، تنوع وتطور جميع أنواع الخلايا العصبية والغدية. أصل النمو في شقائق النعمان البحرية نيماتوستيلا فيكتنسيس.

لتحقيق ذلك ، استخدموا النسخ أحادية الخلية ، وهي طريقة أحدثت ثورة في الطب الحيوي وعلم الأحياء التطوري في العقد الماضي.

“بهذا ، يمكن حل الكائنات الحية بأكملها في خلايا مفردة – ويمكن فك تشفير جميع الجينات التي يتم التعبير عنها حاليًا في كل خلية فردية. تختلف أنواع الخلايا المختلفة اختلافًا جوهريًا في الجينات التي تعبر عنها. لذلك ، يمكن استخدام النسخ أحادية الخلية من أجل تحديد البصمة الجزيئية لكل خلية على حدة “، كما يقول المؤلف الأول للنشر الحالي. Julia Steiger تشرح.

في الدراسة ، تم تجميع الخلايا ذات بصمات الأصابع المتداخلة. سمح ذلك للعلماء بالتمييز بين أنواع الخلايا المحددة أو الخلايا في مراحل وسيطة من التطور ، ولكل منها مجموعات تعبيرية فريدة. سمح ذلك للباحثين بتحديد السلالة المشتركة ومجموعات الخلايا الجذعية للأنسجة المختلفة.

لدهشتهم ، على عكس الافتراضات السابقة ، تنشأ الخلايا العصبية والخلايا الغدية والخلايا الحسية الأخرى من مجموعة سلفية مشتركة ، والتي يمكن التحقق منها عن طريق وضع العلامات الجينية في الحيوانات الحية. نظرًا لأن بعض الخلايا الغدية ذات الوظائف العصبية معروفة أيضًا في الفقاريات ، فقد يشير ذلك إلى علاقة تطورية قديمة جدًا بين الخلايا العصبية والخلايا الغدية.

لا تزال الجينات القديمة قيد الاستخدام

يلعب الجين دورًا متخصصًا في تطوير هذه الخلايا السلفية الشائعة. يتم التعبير عن SoxC في جميع الخلايا السلفية للخلايا العصبية والخلايا الغدية والخلايا المتلازمية وهي ضرورية لتطوير جميع أنواع الخلايا هذه ، حيث تمكن المؤلفون من إظهار ذلك في تجارب خروج المغلوب الإضافية.

“من المثير للاهتمام أن هذا الجين ليس غريبًا: فهو يلعب دورًا مهمًا في تكوين الجهاز العصبي لدى البشر والعديد من الحيوانات الأخرى ، والذي يُظهر ، جنبًا إلى جنب مع البيانات الأخرى ، أن هذه الآليات التنظيمية الرئيسية لتمايز الخلايا العصبية محفوظة عبر الحيوان المملكة ، “يقول تكناو.

من خلال مقارنة مراحل الحياة المختلفة ، وجد المؤلفون أيضًا أنه في شقائق النعمان البحرية ، يتم الحفاظ على العمليات الجينية لتطور الخلايا العصبية من الجنين إلى البالغين ، وبالتالي تساهم في توازن الخلايا العصبية طوال الحياة. نيماتوستيلا فيكتنسيس.

هذا مهم لأنه ، على عكس البشر ، يمكن أن تحل شقائق النعمان البحرية محل الخلايا العصبية المفقودة أو التالفة طوال حياتهم. يثير البحث المستقبلي التساؤل حول كيفية احتفاظ شقائق البحر بهذه الآليات ، والتي تحدث فقط في المرحلة الجنينية في الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا ، بطريقة مضبوطة داخل الكائن البالغ.

ملاحظة: جوليا ستيجر ، أليسون ج. Kohl ، Andreas Tenner ، Tatiana Lebedeva ، Grigory Genikovich ، Alexander Rice ، Robert Reischl ، Elizabeth 2 ، Elizabeth Latz 20 سبتمبر ، إليزابيث 2020 2 سبتمبر. Julia Steiger ، Alison G. “النسخ أحادية الخلية تحدد السلالات العصبية المحفوظة” بقلم كول ، أندرياس تينر ، تقارير الخلية.
DOI: 10.1016 / j.celrep.2022.111370