Jedan od retkih kičmenjaka koji nemaju vilicu, morske lampuge, koje su poznate po štetama koje nanose ribarstvu na Srednjem zapadu, istovremeno pružaju dragocenu pomoć naučnicima u razumevanju porekla dve ključne matične ćelije koje su odigrale ulogu u evoluciji kičmenjaka. Biolozi sa Univerziteta Northwestern identifikovali su trenutak kada je genetska mreža koja upravlja ovim matičnim ćelijama možda evoluirala, pružajući uvid u potencijalne uzroke nedostatka čeljusti.
Dve vrste ćelija – pluripotentne ćelije blastule (poznate i kao embrionalne matične ćelije) i ćelije nervnog grebena – obe su „pluripotentne“, što znači da imaju sposobnost da se diferenciraju u bilo koju drugu vrstu ćelija u organizmu. U nedavnom istraživanju, naučnici su uporedili gene lampuge sa genima Ksenopusa, vodenog žapca sa čeljustima. Korišćenjem komparativne transkriptomike, otkrivena je izuzetno slična mreža gena za pluripotenciju kod kičmenjaka bez vilice i onih sa vilicom, čak do nivoa obilja transkripata za ključne regulatorne faktore.
Međutim, otkrivena je i ključna razlika. Dok obe vrste ćelija blastule izražavaju gen pou5, ključni regulator matičnih ćelija, ovaj gen nije izražen u matičnim ćelijama nervnog grebena kod lampuga. Nedostatak ovog faktora može ograničiti sposobnost nervnog grebena da formira tipove ćelija koji se nalaze kod kičmenjaka sa vilicom, odnosno životinja sa bodljama koje čine skelet glave i vilice. Studija je objavljena 26. jula u časopisu Nature Ecology & Evolution.
Poređenjem biologije kičmenjaka bez vilice i onih sa vilicom, istraživači mogu dobiti uvid u evolutivno poreklo karakteristika koje definišu kičmenjake, uključujući ljude. Analiza razlika u ekspresiji gena doprinosi razumevanju ključnih razlika u organizaciji tela i otkrivanju zajedničkog pretka svih kičmenjaka.
„Minože možda čuvaju ključ za razumevanje našeg porekla“, izjavila je Kerol LaBon sa Univerziteta Northwestern, vođa istraživanja. „U evolutivnoj biologiji, ako želite da razumete poreklo neke osobine, ne možete se oslanjati samo na složenije kičmenjake koji su evoluirali nezavisno pre 500 miliona godina. Morate se vratiti do najprimitivnijih oblika životinja koje proučavate, što nas dovodi do morskih lampuga – poslednjih živih primeraka kičmenjaka bez vilice.“
Kao stručnjak za razvojnu biologiju, LaBonne je profesorka molekularnih bioloških nauka na Weinberg College of Arts and Sciences. Ona je predsedavajuća Erastus Otis Haven i deo rukovodstva novog Simonsovog Nacionalnog instituta za teoriju i matematiku u biologiji Nacionalne naučne fondacije (NSF).
LaBonne i njen tim su već ranije pokazali da je razvoj ćelija nervnog grebena povezan sa zadržavanjem regulatorne mreže gena koja kontroliše pluripotenciju u matičnim ćelijama blastule. U ovom novom istraživanju, istraživali su evolutivno poreklo veze između ove dve populacije matičnih ćelija.
„Matične ćelije nervnog grebena su kao evolutivni Lego set“, objasnio je LaBonne. „One se diferenciraju u potpuno različite vrste ćelija, uključujući neurone i mišiće, sa zajedničkim evolutivnim poreklom unutar nervnog grebena.“
Dok embrionalne matične ćelije u fazi blastule gube svoju pluripotentnost i postaju specijalizovane za različite tipove ćelija tokom embrionalnog razvoja, ćelije nervnog grebena zadržavaju molekularni alat koji reguliše pluripotentnost tokom kasnijih faza razvoja.
Tim LaBonnea je otkrio potpuno netaknutu mrežu pluripotentnosti unutar matičnih ćelija blastule lampreje, matičnih ćelija čija je uloga kod kičmenjaka bez vilice bila predmet diskusije. To ukazuje na to da su populacije matičnih ćelija blastule i nervnog grebena kod kičmenjaka sa vilicom i bez vilice evoluirale zajedno u osnovi kičmenjaka.
Postdoktorski saradnik i prvi autor istraživanja, Džošua Jork sa Univerziteta Northwestern, primetio je „više sličnosti nego razlika“ između lampreje i Ksenopusa.
„Dok većina gena koji kontrolišu pluripotentnost ima izraženu aktivnost u nervnom grebenu lampuge, gen pou5 nije aktivan u ovim ćelijama“, objasnio je Jork. „Iako gen pou5 nije aktivan u nervnom grebenu lampuge, njegovo izražavanje u žabama može podstaći formiranje nervnog grebena, što ukazuje da je ovaj gen deo drevne mreže pluripotentnosti prisutne kod naših najranijih predaka kičmenjaka.“
Ovaj eksperiment takođe sugeriše da je gen specifično izgubljen kod određenih stvorenja, a ne nešto što su kičmenjaci sa vilicom razvili kasnije.
„Još jedno značajno otkriće studije je da, i pored 500 miliona godina evolucije koje ih razdvajaju, postoji jasna ograničenja u ekspresiji gena potrebnih za održavanje pluripotentnosti“, istakla je LaBonne. „Veliko pitanje bez odgovora ostaje – zašto?“
