Bodavé buňky medúzy obsahují vodítka k biologické rozmanitosti

Cnidocyty – neboli bodavé buňky – které jsou charakteristické pro mořské sasanky, hydry, korály a medúzy a dávají nám pozor na naše nohy při brouzdání oceánem, jsou také vynikajícím modelem pro pochopení vzniku nových typů buněk, říká na nový Cornellův výzkum.

V novém výzkumu publikovaném v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences 2. května Leslie Babonis, odborný asistent ekologie a evoluční biologie na College of Arts and Sciences, ukázal, že tyto bodavé buňky se vyvinuly přeměnou neuronu zděděného z pre-cnidarských předků.

Tyto překvapivé výsledky ukazují, jak nové geny získávají nové funkce pro řízení evoluce biologické rozmanitosti. Naznačují, že společný výběr typů buněk předků byl důležitým zdrojem pro nové buněčné funkce během rané evoluce zvířat.

Pochopení toho, jak vznikají specializované typy buněk, jako jsou bodavé buňky, je jednou z klíčových výzev v evoluční biologii. Téměř sto let je známo, že cnidocyty se vyvinuly ze skupiny kmenových buněk, ze kterých také vznikají neurony (mozkové buňky), ale až dosud nikdo nevěděl, jak se tyto kmenové buňky rozhodnou vytvořit buď neuron, nebo cnidocyt. Pochopení tohoto procesu u žijících cnidarianů může odhalit vodítka o nyní vyvinutých cnidocytech.

Cnidocyty („cnidos je řecky „kopřiva žahavá“), společné pro druhy v rozmanitém kmeni Cnidaria, mohou vypustit toxický bodec nebo blob nebo umožnit cnidarians omráčit kořist nebo odradit útočníky. Cnidarians jsou jediná zvířata, která mají cnidocyty,  Zvířata mají neurony.  Takže studovali cnidariany – konkrétně mořské sasanky – aby pochopili, jak lze neuron přeprogramovat, aby vytvořil novou buňku.

Jednou z jedinečných vlastností cnidocytů je, že všechny mají výbušnou organelu (malou kapsičku uvnitř buňky), která obsahuje harpunu, která vystřelí, aby vás bodla. Tyto harpuny jsou vyrobeny z proteinu, který se také vyskytuje pouze u cnidarianů, takže cnidocyty se zdají být jedním z nejjasnějších příkladů toho, jak by původ nového genu (který kóduje jedinečný protein) mohl řídit vývoj nového buněčného typu. .

Pomocí funkční genomiky v sasance hvězdné, Nematostella vectensis, vědci ukázali, že cnidocyty se vyvíjejí vypnutím exprese neuropeptidu, RFamidu, v podskupině vyvíjejících se neuronů a přeměnou těchto buněk na cnidocyty. Kromě toho výzkumníci ukázali, že jeden regulační gen specifický pro cnidarian je zodpovědný jak za vypnutí nervové funkce těchto buněk, tak za zapnutí vlastností specifických pro cnidocyty.

Neurony a cnidocyty mají podobnou formu, obě jsou sekreční buňky schopné vytlačit něco z buňky. Neurony vylučují neuropeptidy – proteiny, které rychle sdělují informace jiným buňkám. Cnidocyty vylučují harpuny s jedem.

Existuje jediný gen, který funguje jako spínač světla – když je zapnutý, dostanete cnidocyt, když je vypnutý, získáte neuron. Je to docela jednoduchá logika pro řízení buněčné identity.

Toto je první studie, která ukazuje, že tato logika je na místě u cnidariánů, takže tato funkce pravděpodobně regulovala, jak se buňky od sebe lišily u nejranějších mnohobuněčných zvířat.

Nyní se plánují budoucí studie, aby se zjistilo, jak rozšířený je tento genetický vypínač při vytváření nových typů buněk u zvířat. Jeden projekt bude například zkoumat, zda podobný mechanismus řídí původ nových buněk vylučujících kostru v korálech.

Tento výzkum byl podporován National Science Foundation a NASA.

Zdroj: sciencedaily.com