Один ген лишает стрекательную клетку её жала
Отключение одного регуляторного гена у морского анемона Nematostella vectensis привело к тому, что его стрекательная клетка, которая обычно выстреливает ядовитым миниатюрным гарпуном для охоты и защиты, стала выпускать липкую нить, опутывающую добычу.
Исследование показало, что "выключение" гена NvSox2 привело к переходу от колющей клетки (нематоцита) к липкой, захватывающей клетке (спироциту). Это говорит о том, что нематоцит мог эволюционировать из спироцита благодаря появлению гена NvSox2.
"Этот один ген контролирует переключатель между двумя альтернативными судьбами клетки; он контролирует целый набор признаков, которые придают этой клетке совершенно другую идентичность", — заявила Лесли Бабонис, доцент экологии и эволюционной биологии Корнеллского университета.
Бабонис — автор-корреспондент статьи "Single-Cell Atavism Reveals an Ancient Mechanism of Cell Type Diversification in a Sea Anemone", опубликованной в Nature Communications.
Стрекательные клетки (книдоциты) есть у всех стрекающих (Cnidaria) — анемонов, кораллов, гидр и медуз. Они послужили моделью, так как представлены несколькими десятками типов с разной формой и функцией, что позволяет изучать, как один тип клеток может стать чрезвычайно разнообразным.
Результаты подчёркивают, что в генетическую архитектуру стрекательных клеток N. vectensis заложена функциональная гибкость. Например, если бы небольшая популяция этих анемонов попала в новую среду, где липкая нить была бы выгоднее гарпуна, для переключения хватило бы небольшой мутации в одном гене.
"Возможность 'выбирать' между разными типами клеток даёт животному большую гибкость для заселения новых местообитаний и эволюции новых признаков", — сказала Бабонис.
И нематоциты, и спироциты содержат органеллу в виде толстой, находящейся под давлением капсулы. При обнаружении добычи или хищника капсула схлопывается, выстреливая снарядом — гарпуном у нематоцитов или липкой нитью у спироцитов.
Используя редактирование генов CRISPR/Cas9, учёные "нокаутировали" ген NvSox2 — фактор транскрипции, который связывается с ДНК и меняет экспрессию нижележащих генов. Оказалось, что роль NvSox2 — подавлять развитие липких клеток и способствовать развитию колющих клеток вместо них.
"Клетки выглядели совершенно иначе и имели совершенно иную функцию, чем клетки у животных дикого типа", — отметила Бабонис.
В дальнейшем команда планирует проверить, насколько широко распространён такой одно-генный контроль над судьбой клеток у других стрекающих, включая близкородственные виды кораллов. Долгосрочная цель — определить минимальный набор генов, необходимый для создания стрекательной клетки, способной выстреливать снарядом, и экспериментировать с вариациями.
"Можем ли мы создать тип стрекательной клетки, который никогда не существовал в природе?" — задаётся вопросом Бабонис. Например, крошечная клетка, стреляющая маленькой иглой для подкожных инъекций, могла бы иметь ценные медицинские применения.