Один ген заставляет стрекательную клетку терять свое жало

23 февраля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Кришна Рамануджан, Корнелльский университет

Согласно новому исследованию, когда ученые отключили единственный регуляторный ген у одного из видов морских анемонов, стрекательная клетка, стреляющая ядовитым миниатюрным гарпуном для охоты и самообороны, сместилась и вместо этого стреляла липкой нитью, которая опутывает добычу.

Исследование, проведенное на морской анемоне Nematostella vectensis, показывает, как отключение гена NvSox2 обеспечивает переход от прокалывающей клетки (называемой нематоцитом) к липкой, ловящей клетке (называемой спироцитом). Это открытие позволяет предположить, что нематоцитная клетка могла развиться из спироцита благодаря развитию гена NvSox2.

«Этот один ген контролирует переключение между двумя альтернативными судьбами клеток; он контролирует целый набор признаков, которые придали этой клетке совершенно другую идентичность», — сказала Лесли Бабонис, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Корнелльского университета.

Бабонис является автором книги «Одноклеточный атавизм раскрывает древний механизм диверсификации типов клеток в морском анемоне», опубликованной в журнале Nature Communications.

«Жалящие клетки» встречаются у всех книдарий, включая морские анемоны, кораллы, гидры и медузы. В статье они послужили модельной клеткой, поскольку существуют в нескольких десятках типов клеток с разными формами и функциями, что позволяет исследователям исследовать фундаментальные эволюционные вопросы о том, как один тип клеток может стать чрезвычайно разнообразным со многими различными формами.

По своей сути это направление исследований направлено на лучшее понимание эволюции разнообразия животных, поскольку все формы жизни произошли от одноклеточных организмов, которые со временем становились все более сложными по мере того, как клетки специализировались и дифференцировались.

Полученные данные подчеркивают тот факт, что своего рода гибкость функций заложена в генетическую архитектуру стрекательных клеток N. vectensis. Например, если небольшая популяция N. vectensis переместится в новую среду, где липкая нить окажется более выгодной, чем пронзающая клетка гарпуна, для переключения потребуется всего лишь небольшая мутация в одном гене.

«Возможность «выбирать» между различными типами клеток дает животному большую гибкость для проникновения в новые среды обитания и развития новых качеств», — сказал Бабонис.

Нематоциты и спироциты содержат новую органеллу, состоящую из толстой капсулы под давлением. Когда поблизости обнаруживается добыча или хищник, капсула под давлением разрушается, выталкивая из клетки снаряд — гарпун в случае нематоцитов и липкую нить, опутывающую добычу в спироцитах.

Бабонис и его коллеги использовали редактирование генов CRISPR/Cas9, чтобы отключить NvSox2, фактор транскрипции, который связывается с ДНК и изменяет экспрессию последующих генов. Таким образом, исследователи обнаружили, что роль NvSox2 заключалась в том, чтобы заглушить развитие липких клеток и способствовать развитию на их месте пронизывающих клеток.

«Клетки выглядели совершенно по-другому и имели совершенно другую функцию, чем клетки животных дикого типа», — сказал Бабонис.

В будущей работе Бабонис и его коллеги планируют изучить масштабы этого явления путем поиска одного и того же генного контроля над судьбами двух клеток у других видов книдарий, включая близкородственные виды кораллов. Долгосрочная цель проекта — вернуться в прошлое и определить минимальный набор генов, необходимый для создания стрекательной клетки, способной стрелять снарядами. После этого они будут экспериментировать с вариациями.