В мозг гребневиков: учёные исследуют эволюцию нейронов

Нейроны, возможно, — самый сложный тип клеток из когда-либо эволюционировавших. Как появились такие клетки, остаётся предметом давних споров.

Учёные из Японии выявили тип молекул-мессенджеров (переносящих сигналы между клетками), который, вероятно, функционировал в самой древней нервной системе.

Исследование, опубликованное 8 августа в Nature Ecology & Evolution, также выявило ключевые сходства между нервной системой двух рано ответвившихся линий животных — стрекающих (cnidarians) и гребневиков (ctenophores), что возрождает гипотезу об однократном возникновении нейронов.

Из четырёх древних линий, ответвившихся до появления более сложных животных, нейроны известны только у гребневиков (первая линия) и стрекающих (последняя). Уникальность нервной системы гребневиков и отсутствие нейронов у двух промежуточных линий заставили некоторых учёных предположить, что нейроны эволюционировали дважды.

Профессор Ватанабэ из OIST сосредоточился на древней и разнообразной группе нейромедиаторов — нейропептидах. Это короткие пептидные цепи, которые сначала синтезируются в нейронах как длинная цепь, а затем расщепляются пищеварительными ферментами. Они являются основной формой мессенджеров у стрекающих и также участвуют в нейронной коммуникации у человека.

Предыдущие попытки найти похожие нейропептиды у гребневиков были неудачными, так как короткие зрелые пептиды кодируются короткими последовательностями ДНК и часто мутируют, что затрудняет сравнение.

Команда подошла к проблеме иначе: они экстрагировали пептиды из губок, стрекающих и гребневиков и с помощью масс-спектрометрии нашли 28 коротких пептидов у стрекающих и гребневиков, определив их аминокислотные последовательности.

Используя флуоресцентную микроскопию, учёные увидели, в каких клетках производятся эти пептиды. У гребневиков один тип клеток, экспрессирующих нейропептиды, был похож на классические нейроны с тонкими выростами — нейритами.

Короткие пептиды также производились во втором типе клеток, лишённых нейритов. Исследователи предполагают, что это могут быть ранние версии нейроэндокринных клеток.

Сравнение экспрессии генов в нейронах стрекающих и гребневиков показало, что, помимо общих коротких нейропептидов, оба типа нейронов экспрессируют схожий набор других белков, необходимых для нейронной функции.

«Нейроны, экспрессирующие пептиды у стрекающих, гомологичны нейронам более сложных животных. Теперь у нейронов гребневиков обнаружена похожая "генетическая подпись", что предполагает их общее эволюционное происхождение. Скорее всего, нейроны эволюционировали только один раз», — сказал профессор Ватанабэ.

Это означает, что нейроны, экспрессирующие пептиды, вероятно, являются самой древней формой, а химические нейромедиаторы возникли позже.