海葵永远年轻的秘密

时间:2022年9月22日
来源:Cell Reports

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海葵Nematostella vectensis的遗传指纹显示,这一进化上非常古老的动物门的成员使用相同的基因级联来区分神经元细胞类型,就像更复杂的生物体一样。在海葵的一生中,这些基因也负责有机体中所有细胞的平衡。

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Fig. 1 : Cross-section through a tentacle of a transgenic sea anemone showing differentiation products of the SoxC cell population (magenta) and retractor muscles (yellow). (C: Andreas Denner)    

转基因海葵触须的横切面,显示SoxC细胞群(洋红色)和牵开肌群(黄色)的分化产物。

海葵Nematostella vectensis的基因指纹表明,这个进化上非常古老的动物门的成员使用相同的基因级联来区分神经元细胞类型,就像更复杂的生物一样。在海葵的一生中,这些基因也负责有机体中所有细胞的平衡。该研究结果由维也纳大学的Ulrich Technau领导的发育生物学家团队发表在《Cell Reports》上。  

几乎所有的动物有机体都是由数百万甚至数十亿个细胞组成的,这些细胞以复杂的方式组合在一起,形成特定的组织和器官,这些组织和器官由多种不同的细胞类型组成,如各种神经元或腺体细胞。不同细胞类型之间的这种重要平衡是如何产生的,又是如何被调节的,以及不同动物有机体的不同细胞类型是否有共同的起源,这些都还不太清楚。

单细胞指纹导致共同的祖先  

该研究小组由进化发育生物学家Ulrich Technau领导,他也是维也纳大学干细胞单细胞调控(SinCeReSt)研究平台的负责人,已经破译了海葵中所有神经和腺细胞类型的多样性和进化及其发育起源为了实现这一目标,他们使用了单细胞转录组学,这是一种在过去十年里彻底改变了生物医学和进化生物学的方法。有了它,整个生物体就可以分解成单细胞,而每个细胞中目前表达的所有基因都可以被解码。不同的细胞类型所表达的基因本质上是不同的。因此,单细胞转录组学可以用来确定每个单个细胞的分子指纹,在这项研究中,有重叠指纹的细胞被分组。这使得科学家能够区分确定的细胞类型或处于发育过渡阶段的细胞,每种细胞都有独特的表达组合。这也使研究人员能够识别不同组织的共同祖细胞群和干细胞群。令他们惊讶的是,他们发现,与之前的假设相反,神经元、腺细胞和其他感觉细胞起源于一个共同的祖细胞群,这可以通过活体动物的基因标记来验证。由于一些具有神经元功能的腺细胞在脊椎动物中也被发现,这可能表明腺细胞和神经元之间有一种非常古老的进化关系。

古老的基因在不断使用  

有一个基因在这些共同的祖先细胞的发育过程中起着特殊的作用。SoxC在神经元、腺细胞和刺丝细胞的所有前体细胞中表达,对所有这些细胞类型的形成都是必不可少的,作者还能够在敲除实验中证明这一点。“有趣的是,这种基因并不陌生:它在人类和许多其他动物神经系统的形成中也起着重要作用,这与其他数据一起表明,这些神经细胞分化的关键调节机制似乎在整个动物王国都是保守的,”Technau说。通过比较不同生命阶段,作者还发现在海葵中,神经元发育的遗传过程从胚胎一直维持到成体,因此有助于神经元在整个生命周期的平衡。这是值得注意的,因为与人类不同,海葵可以在其一生中替换缺失或受损的神经元。对于未来的研究,这提出了一个问题,即海葵如何设法保持这些机制,在更复杂的生物中,这些机制只发生在胚胎阶段,以可控的方式进入成年生物。

Single-cell transcriptomics identifies conserved regulators of neuroglandular lineages

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