Исследование разнообразия клеточного деления: как эволюция поддерживает разные жизненные циклы
Новое исследование учёных EMBL показывает, как разные способы деления клеток, используемые животными и грибами, могли эволюционировать для поддержки различных жизненных циклов.
Клеточное деление — один из фундаментальных процессов жизни. Однако существует значительное разнообразие в том, как разные организмы его осуществляют.
Исследование группы Дей (EMBL Heidelberg) и их коллег, опубликованное в Nature, впервые демонстрирует связь между жизненным циклом организма и способом деления его клеток.
Животные и грибы, несмотря на общего предка более миллиарда лет назад, относятся к эукариотам. Они различаются по способу проведения митоза:
- Животные — в основном "открытый" митоз: ядерная оболочка разрушается в начале деления.
- Грибы — в основном "закрытый" митоз: ядерная оболочка остаётся неповреждённой.
Вопросом, почему и как эволюционировали эти два режима, занялась группа Дей. Ключом к ответу стала группа морских протистов — Ichthyosporea, близких родственников и животных, и грибов.
Исследователи из групп Дей, Дудин (EPFL, Лозанна) и Шваба (EMBL Heidelberg) обнаружили, что разные виды ихтиоспор используют разные типы митоза:
- S. arctica — закрытый митоз (как у грибов). Имеет многоядерную стадию жизненного цикла (много ядер в одной клетке), что характерно для многих грибов и эмбрионов некоторых животных (например, дрозофил).
- C. perkinsii — открытый митоз (как у животных). Жизненный цикл в основном одноядерный (одно ядро на клетку).
Ключевой вывод: способ деления клеток, характерный для животных, эволюционировал за сотни миллионов лет до появления самих животных.
Методология: Исследование сочетала сравнительную филогенетику, электронную микроскопию (EMBL Heidelberg) и микроскопию расширения ультраструктуры (U-ExM) — технику физического расширения образца в геле. Также был привлечён опыт в сравнительной геномике и биофизике веретена деления.
Значение работы:
- Показывает, как механизмы клеточного деления эукариот эволюционируют и диверсифицируются в контексте разных жизненных циклов.
- Подчёркивает важность изучения нетрадиционных модельных организмов (Ichthyosporea) для ответа на широкие биологические вопросы.
- Демонстрирует разнообразие развития ихтиоспор: от паттернов, похожих на ранние эмбрионы насекомых, до деления дроблением и образования многоклеточных колоний с разными типами клеток (C. perkinsii).
Группы Дей, Дудин и Шваб продолжают сотрудничество в рамках проекта PlanExM (экспедиция TREC под руководством EMBL), применяя микроскопию расширения для изучения ультраструктурного разнообразия морских протистов прямо в environmental samples.