مقطع عرضي من خلال مجسات لشقائق النعمان البحرية المعدلة وراثيا تظهر نواتج التمايز لمجموعات خلايا SoxC (أرجواني) وعضلات ضامة (أصفر). الائتمان: أندرياس دينر
في شقائق النعمان البحرية ، تضمن الجينات المحفوظة للغاية التمايز مدى الحياة بين الخلايا العصبية وخلايا الغدد.
شقائق النعمان البحرية حيوانات خالدة على ما يبدو. يبدو أنهم محصنون ضد الشيخوخة والآثار السلبية التي يتعرض لها البشر بمرور الوقت. ومع ذلك ، فإن الأسباب الدقيقة لشبابهم الأبدي ليست مفهومة تمامًا.
البصمة الوراثية لشقائق النعمان Nematostella vectensis يكشف أن أعضاء هذه الشعبة الحيوانية القديمة بشكل لا يصدق يستخدمون نفس شلالات الجينات لتمايز الخلايا العصبية مثل الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا. هذه الجينات مسؤولة أيضًا عن الحفاظ 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 من جامعة فيينا.
تتكون جميع الكائنات الحية تقريبًا من ملايين ، إن لم يكن بلايين ، من الخلايا التي تتجمع بطرق معقدة لتكوين أنسجة وأعضاء معينة ، والتي تتكون من مجموعة من أنواع الخلايا ، مثل مجموعة متنوعة من الخلايا العصبية وخلايا الغدد. ومع ذلك ، فمن غير الواضح كيف يظهر هذا التوازن الحرج لأنواع الخلايا المتنوعة ، وكيف يتم تنظيمه ، وما إذا كانت أنواع الخلايا المختلفة من الكائنات الحية المختلفة لها أصل مشترك.
مقطع طولي بصري لشقائق النعمان البحرية مع خلايا عصبية معدلة وراثيًا (باللون الأحمر) في كلا طبقتين من الخلايا. العضلات ملطخة باللون الأخضر ، نواة الخلية زرقاء. الائتمان: أندرياس دينر
تؤدي البصمة أحادية الخلية إلى أصل مشترك
قامت المجموعة البحثية ، بقيادة عالم الأحياء التطوري التطوري أولريش تكناو ، الذي يرأس أيضًا منصة أبحاث تنظيم الخلية الواحدة للخلايا الجذعية (SinCeReSt) في جامعة فيينا ، بفك رموز تنوع وتطور جميع أنواع الخلايا العصبية والغدية وأنواعها. الأصول التنموية في شقائق النعمان البحرية Nematostella vectensis.
لتحقيق ذلك ، استخدموا النسخ أحادية الخلية ، وهي طريقة أحدثت ثورة في الطب الحيوي وعلم الأحياء التطوري على مدار العقد الماضي.
“بهذا ، يمكن حل الكائنات الحية بأكملها في خلايا مفردة – ويمكن فك تشفير جميع الجينات التي يتم التعبير عنها حاليًا في كل خلية على حدة. تختلف أنواع الخلايا المختلفة اختلافًا جوهريًا في الجينات التي تعبر عنها. لذلك ، يمكن استخدام النسخ أحادية الخلية لتحديد البصمة الجزيئية لكل خلية على حدة “، كما تقول جوليا ستيجر ، المؤلف الأول للنشر الحالي.
في الدراسة ، تم تجميع الخلايا ذات بصمات الأصابع المتداخلة معًا. سمح هذا للعلماء بالتمييز بين أنواع الخلايا المحددة أو الخلايا في المراحل الانتقالية من التطور ، ولكل منها مجموعات تعبيرية فريدة. كما سمح للباحثين بتحديد المجموعات السلفية والخلايا الجذعية من الأنسجة المختلفة.
ولدهشتهم ، وجدوا أنه على عكس الافتراضات السابقة ، فإن الخلايا العصبية وخلايا الغدد والخلايا الحسية الأخرى تأتي من مجموعة سلفية مشتركة ، والتي يمكن التحقق منها عن طريق الوسم الجيني 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.
تستخدم الجينات القديمة باستمرار
يلعب الجين دورًا خاصًا في تطوير خلايا السلف المشتركة هذه. يتم التعبير عن SoxC في جميع الخلايا السليفة للخلايا العصبية وخلايا الغدة والخلايا العصبية وهي ضرورية لتكوين جميع أنواع الخلايا هذه ، كما كان المؤلفون قادرين أيضًا على إظهارها في تجارب خروج المغلوب.
“من المثير للاهتمام أن هذا الجين ليس غريبًا: فهو يلعب أيضًا 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 يبدو أنها محتفظ بها . عبر مملكة الحيوان “، كما 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 الكائن البالغ ، مما يساهم في توازن الخلايا العصبية طوال حياة شقائق النعمان. نيماتوستيلا فيكتنسيس.
هذا أمر رائع لأنه ، على عكس البشر ، يمكن لشقائق النعمان البحرية أن تحل محل الخلايا العصبية المفقودة أو التالفة طوال حياتهم. بالنسبة للبحث المستقبلي ، يثير هذا السؤال حول كيفية إدارة شقائق النعمان البحرية للحفاظ على هذه الآليات ، والتي تحدث في الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا فقط في المرحلة الجنينية ، في الكائن البالغ بطريقة مسيطر عليها.
المرجع: “النسخ أحادية الخلية تحدد المنظمين المحفوظين للأنساب العصبية الغدية” بقلم جوليا ستيجر وأليسون ج.كول وأندرياس دينر وتاتيانا ليبيديفا وغريغوري جينيكوفيتش وألكسندر ريس وروبرت ريشل وإليزابيث تاوديس ومارك لاسنيج وأولريش تكناو ، 20 سبتمبر ، 2022 ، تقارير الخلية.
DOI: 10.1016 / j.celrep.2022.111370
