מחקר על מנורת ים מציע תובנות לגבי התפתחות החוליות, מדגיש קווי דמיון ברשתות גנים של תאי גזע עם חולייתנים בלסת ומסביר את ההבדלים ביצירת הלסת. קרדיט: T. Lawrence, Great Lakes Fishery CommissionA
הדגים הפולשים ומוצצי הדם האלה "עשויים להחזיק את המפתח להבנה מאיפה באנו".
אחד משני חסרי לסת בלבד בעלי חוליותעצי ים, שגורמים נזק משמעותי לדיג במערב התיכון, מסייעים גם למדענים בהבנת מקורותיהם של שני תאי גזע חיוניים שמילאו תפקיד מפתח באבולוציה של בעלי חוליות.
האוניברסיטה הצפון מערבית ביולוגים גילו מתי ייתכן שרשת הגנים המווסתת את תאי הגזע הללו התפתחה והשיגה תובנות לגבי מה שעשוי להיות אחראי ללסת התחתונה החסרה של המנורה.
שני סוגי התאים – תאי בלסטולה פלוריפוטנטיים (או תאי גזע עובריים) ותאי ציצה עצבית – שניהם "פלוריפוטנטיים", מה שאומר שהם יכולים להפוך לכל סוגי התאים האחרים בגוף.
במאמר חדש, החוקרים השוו את הגנים של המפראי לאלו של הקסנופוס, צפרדע מימית עם לסת. תוך שימוש ב- transcriptomics השוואתי, המחקר חשף רשת גנים פלוריפוטנטית דומה להפליא על פני חוליות חסרי לסת ולסתות, אפילו ברמת שפע התמלילים עבור גורמים רגולטוריים מרכזיים.
הבדלים בביטוי גנים
אבל החוקרים גילו גם הבדל מרכזי. בעוד שניהם מִיןתאי בלסטולה מבטאים את הגן pou5, מווסת מפתח של תאי גזע, הגן אינו מתבטא בתאי גזע עצביים במנופריים. איבוד גורם זה עשוי להגביל את יכולתם של תאי ציצה עצביים ליצור סוגי תאים המצויים בבעלי חוליות לסתות (בעלי חיים עם קוצים) המרכיבים את שלד הראש והלסת.
המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת טבע אקולוגיה ואבולוציה.
על ידי השוואת הביולוגיה של חולייתנים חסרי לסת ובעלי לסת, חוקרים יכולים לקבל תובנה לגבי המקורות האבולוציוניים של תכונות שמגדירות חיות חוליות כולל בני אדם, כיצד הבדלים בביטוי הגנים תורמים להבדלים מרכזיים בתוכנית הגוף, וכיצד נראה האב הקדמון המשותף של כל החולייתנים. כמו.
"Lampreys עשוי להחזיק את המפתח להבנה מהיכן באנו", אמרה קרול לבון מצפון-ווסטרן, שהובילה את המחקר. "בביולוגיה אבולוציונית, אם אתה רוצה להבין מאיפה הגיעה תכונה, אתה לא יכול לצפות לבעלי חוליות מורכבים יותר שהתפתחו באופן עצמאי כבר 500 מיליון שנה. אתה צריך להסתכל אחורה אל הגרסה הפרימיטיבית ביותר של סוג החיה שאתה חוקר, מה שמוביל אותנו בחזרה אל דג ים ולפראי – הדוגמאות החיות האחרונות של חולייתנים חסרי לסת".
מומחה בביולוגיה התפתחותית, לבון הוא פרופסור למדעי הביו המולקולריים במכללת ויינברג לאמנויות ולמדעים. היא נושאת את הקתדרה של ארסטוס אוטיס הייבן והיא חלק מהנהגת המכון הלאומי למדע (NSF) החדש של המכון הלאומי של סימונס לתיאוריה ומתמטיקה בביולוגיה.
לבון ועמיתיה הדגימו בעבר כי המקור ההתפתחותי של תאי ציצה עצביים היה קשור לשמירה על רשת הוויסות הגנים השולטת בפלוריפוטנציה בתאי גזע בלסטולה. במחקר החדש, הם חקרו את המקור האבולוציוני של הקשרים בין שתי אוכלוסיות תאי גזע אלו.
המשמעות של תאי קרסט עצביים
"תאי גזע עצביים הם כמו סט לגו אבולוציוני", אמר לבון. "הם הופכים לסוגי תאים שונים בתכלית, כולל נוירונים ושרירים, ומה שמשותף לכל סוגי התאים הללו הוא מקור התפתחותי משותף בתוך הציצה העצבית."
בעוד שתאי גזע עובריים בשלב הבלסטולה מאבדים את הפלוריפוטנטיות שלהם ומוגבלים לסוגי תאים שונים די מהר ככל שעובר מתפתח, תאי ציצה עצביים מחזיקים בערכת הכלים המולקולרית השולטת בפלוריפוטנציה מאוחר יותר בהתפתחות.
הצוות של לבון מצא רשת פלוריפוטנטית שלמה לחלוטין בתוך תאי בלסטולה של למפרי, תאי גזע שתפקידם בחולייתנים חסרי לסת היה שאלה פתוחה. זה מרמז שאוכלוסיות תאי גזע בלסתולה ותאי גזע של חוליות לסת וחסרי לסת התפתחו יחד בבסיס החולייתנים.
עמית פוסט-דוקטורט בצפון-מערב הצפון והסופר הראשון ג'ושוע יורק ראה "יותר קווי דמיון מאשר הבדלים" בין המנורה לקסנופוס.
"בעוד שרוב הגנים השולטים בפלוריפוטנטיות מתבטאים בציצה העצבית של למפרי, הביטוי של אחד מהגנים המרכזיים האלה – pou5 – אבד מהתאים האלה", אמר יורק. "למרבה הפלא, למרות ש-pou5 אינו מתבטא בציצה העצבית של למפרי, הוא יכול לקדם היווצרות ציצה עצבית כאשר ביטאנו אותו בצפרדעים, מה שמרמז על הגן הזה הוא חלק מרשת פלוריפוטנטית עתיקה שהייתה קיימת באבותינו הקדומים ביותר עם החולייתנים."
הניסוי גם עזר להם לשער שהגן אבד במיוחד ביצורים מסוימים, לא משהו שחולייתנים עם לסת פיתחו מאוחר יותר.
"ממצא מדהים נוסף של המחקר הוא שלמרות שהחיות הללו מופרדות על ידי 500 מיליון שנות אבולוציה, ישנם אילוצים מחמירים על רמות הביטוי של גנים הדרושים לקידום פלוריפוטנטיות", אמר לבון. "השאלה הגדולה ללא תשובה היא, למה?"
העיתון מומן על ידי ה המכונים הלאומיים לבריאות (מענק R01GM116538 ו-F32DE029113), ה-NSF (מענק 1764421), קרן סימונס (מענק SFARI 597491-RWC) וקרן וולדר באמצעות הקרן לחקר מדעי החיים. המחקר מוקדש לזכרו של ד"ר יוסף ולדר.
