Миноги помогли понять эволюцию ключевых стволовых клеток позвоночных

Биологи из Северо-Западного университета, изучая миног — одних из двух существующих бесчелюстных позвоночных, — выяснили, когда могла эволюционировать генная сеть, регулирующая две важные популяции стволовых клеток. Это дало представление о возможных причинах отсутствия челюстей у миног.

Две ключевые клетки

Исследователи сосредоточились на двух типах плюрипотентных клеток:

Оба типа могут давать начало всем другим клеткам тела.

Сравнение миног и лягушек

В новой работе, опубликованной 26 июля в журнале Nature Ecology & Evolution, учёные сравнили гены миноги с генами Xenopus — челюстной водной лягушки. Используя сравнительную транскриптомику, они обнаружили поразительно похожую сеть генов плюрипотентности у челюстных и бесчелюстных позвоночных, даже на уровне количества транскриптов ключевых регуляторных факторов.

Ключевое различие

Однако было найдено и важное отличие. Хотя клетки бластулы обоих видов экспрессируют ген pou5 (ключевой регулятор стволовых клеток), у миног этот ген не экспрессируется в стволовых клетках нервного гребня. Потеря этого фактора могла ограничить способность клеток нервного гребня формировать типы клеток, которые у челюстных позвоночных составляют скелет головы и челюстей.

Эволюционные выводы

  • Команда обнаружила полностью intact сеть плюрипотентности в клетках бластулы миноги. Это означает, что популяции стволовых клеток бластулы и нервного гребня челюстных и бесчелюстных позвоночных коэволюционировали у основания ветви позвоночных.
  • Удивительно, что хотя pou5 не экспрессируется в нервном гребне миноги, его искусственная экспрессия в лягушках способствовала формированию нервного гребня. Это говорит, что ген был частью древней сети плюрипотентности, присутствовавшей у наших самых ранних предков-позвоночных, и был специфически утерян у некоторых существ.
  • Ещё одно открытие: несмотря на 500 миллионов лет независимой эволюции, существуют жёсткие ограничения на уровни экспрессии генов, необходимых для поддержания плюрипотентности.

Значение исследования

Как отметила руководитель исследования профессор Кароль ЛаБонн: «Миноги могут хранить ключ к пониманию того, откуда мы произошли». Сравнение биологии бесчелюстных и челюстных позвоночных позволяет понять эволюционное происхождение черт, определяющих позвоночных, включая людей, и как различия в экспрессии генов приводят к ключевым различиям в плане строения тела.