العلماء يكشفون سر الشباب الأبدي لحيوان غريب

في شقائق النعمان البحرية ، تضمن الجينات المحفوظة للغاية التمايز المستمر بين الخلايا العصبية والخلايا الغدية.

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 سلاسل الجينات لتمايز الخلايا العصبية مثل الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا. هذه الجينات مسؤولة أيضًا عن الحفاظ على توازن جميع الخلايا في الكائن الحي خلال حياة شقائق النعمان. تم نشر هذه النتائج مؤخرًا في المجلة تقارير الخلية من قبل مجموعة من علماء الأحياء التطورية برئاسة أولريش تكناو من جامعة فيينا.

تتكون جميع الكائنات الحية تقريبًا من ملايين ، إن لم يكن بلايين ، من الخلايا التي تتحد معًا 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 للكائنات الحية المختلفة لها أصل مشترك.

مقطع طولي بصري لشقائق النعمان البحرية مع خلايا عصبية نانوية 1 المعدلة وراثيًا (حمراء) في كلا طبقتين من الخلايا. العضلات ملطخة باللون الأخضر ، ونواة الخلية باللون الأزرق. الائتمان: أندرياس دينر

تؤدي البصمة أحادية الخلية إلى أسلاف مشتركة

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.

من أجل تحقيق ذلك ، استخدموا نسخ الخلية المفردة ، وهي طريقة أحدثت ثورة في الطب الحيوي وعلم الأحياء التطوري على مدار العقد الماضي.

وبهذا ، يمكن حل الكائنات الحية بأكملها في خلايا مفردة – ويمكن فك تشفير جميع الجينات المعبر عنها حاليًا في كل خلية على حدة. تختلف أنواع الخلايا المختلفة اختلافًا جوهريًا في الجينات التي تعبر عنها. لذلك ، يمكن استخدام نسخ الخلية المفردة لتحديد البصمة الجزيئية لكل خلية على حدة “، تشرح جوليا ستيجر ، المؤلف الأول للنشر الحالي.

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

ولدهشتهم ، وجدوا أنه على عكس الافتراضات السابقة ، فإن الخلايا العصبية ، والخلايا الغدية ، والخلايا الحسية الأخرى تنشأ من مجموعة سلفية مشتركة واحدة ، والتي يمكن التحقق منها عن طريق التوسيم الجيني في الحيوانات الحية. نظرًا لأن بعض خلايا الغدد ذات الوظائف العصبية معروفة أيضًا في الفقاريات ، فقد يشير ذلك إلى علاقة تطورية قديمة جدًا بين خلايا الغدة والخلايا العصبية.

الجينات القديمة في الاستخدام المستمر

يلعب أحد الجينات دورًا خاصًا في تطوير خلايا السلف المشتركة هذه. يتم التعبير عن SoxC في جميع الخلايا الأولية للخلايا العصبية وخلايا الغدة والخلايا العصبية وهي ضرورية لتكوين جميع أنواع الخلايا هذه ، حيث كان المؤلفون قادرين أيضًا على إظهارها في تجارب خروج المغلوب.

“من المثير للاهتمام أن هذا الجين ليس غريباً: 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 محفوظة 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 ، وبالتالي المساهمة في توازن الخلايا العصبية طوال حياة 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 النصية أحادية الخلية تحدد المنظمين المحفوظين للأنساب العصبية الغدية” بقلم جوليا ستيجر وأليسون ج.كول وأندرياس دينر وتاتيانا ليبيديفا وغريغوري جينكوفيتش وألكسندر ريس وروبرت ريشل وإليزابيث تاوديس ومارك لاسنيج وأولريش تكناو ، 20 سبتمبر 2022 و تقارير الخلية.
DOI: 10.1016 / j.celrep.2022.111370