Стрекательные клетки медуз дают ключ к разгадке биоразнообразия

Книдоциты, или стрекательные клетки, которые характерны для морских анемонов, гидр, кораллов и медуз и заставляют нас быть осторожными, когда мы бродим по океану, также являются отличной моделью для понимания появления новых типов клеток к новому исследованию Корнелла.

В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences 2 мая, Лесли Бабонис, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии в Колледже искусств и наук, показала, что эти стрекательные клетки развились путем перепрофилирования нейрона, унаследованного от пре- книдарский предок.

«Эти удивительные результаты демонстрируют, как новые гены приобретают новые функции, управляющие эволюцией биоразнообразия», — сказал Бабонис. «Они предполагают, что кооптация наследственных типов клеток была важным источником новых клеточных функций во время ранней эволюции животных».

По словам Бабониса, понимание того, как появляются специализированные типы клеток, такие как стрекательные клетки, является одной из ключевых задач эволюционной биологии. Уже почти столетие известно, что книдоциты развились из пула стволовых клеток, которые также дают начало нейронам (клетки мозга), но до сих пор никто не знал, как эти стволовые клетки решают создать либо нейрон, либо книдоцит. По словам Бабониса, понимание этого процесса у живых книдарий может дать ключ к пониманию того, что в настоящее время книдоциты эволюционировали в первую очередь.

Книдоциты («cnidos в переводе с греческого означает «жгучая крапива»), общие для видов в разнообразном типе Cnidaria, могут выпускать ядовитые шипы или капли или позволяют книдариям оглушать добычу или сдерживать захватчиков. Книдарии — единственные животные, у которых есть книдоциты, но их много. Бабонис говорит, что у животных есть нейроны.Поэтому она и ее коллеги из Лаборатории морской биологии Уитни Университета Флориды изучали книдарий, особенно морских анемонов, чтобы понять, как можно перепрограммировать нейрон для создания новой клетки.

«Одной из уникальных особенностей книдоцитов является то, что все они имеют взрывную органеллу (небольшой карман внутри клетки), которая содержит гарпун, который стреляет, чтобы ужалить вас», — сказал Бабонис. «Эти гарпуны сделаны из белка, который также встречается только у книдарий, поэтому книдоциты кажутся одним из самых ярких примеров того, как происхождение нового гена (кодирующего уникальный белок) может управлять эволюцией нового типа клеток».

Используя функциональную геномику морской анемоны звездочки Nematostella vectensis, исследователи показали, что книдоциты развиваются путем отключения экспрессии нейропептида RFamide в подмножестве развивающихся нейронов и перепрофилирования этих клеток в книдоциты. Более того, исследователи показали, что один специфичный для книдарий регуляторный ген отвечает как за выключение нервной функции этих клеток, так и за включение специфических для книдоцитов признаков.

Бабонис сказал, что нейроны и книдоциты похожи по форме; обе являются секреторными клетками, способными выбрасывать что-то из клетки. Нейроны выделяют нейропептиды — белки, которые быстро передают информацию другим клеткам. Книдоциты выделяют пронизанные ядом гарпуны.

«Есть один ген, который действует как выключатель света — когда он включен, вы получаете книдоцит, когда он выключен, вы получаете нейрон», — сказал Бабонис. «Это довольно простая логика для управления идентификацией ячеек».

По словам Бабониса, это первое исследование, показывающее, что эта логика присутствует у книдарий, поэтому эта особенность, вероятно, регулирует то, как клетки стали отличаться друг от друга у самых ранних многоклеточных животных.

Бабонис и ее лаборатория планируют дальнейшие исследования, чтобы выяснить, насколько широко распространен этот генетический переключатель в создании новых типов клеток у животных. Один проект, например, будет исследовать, управляет ли подобный механизм происхождением новых секретирующих скелет клеток у кораллов.

Это исследование было поддержано Национальным научным фондом и НАСА.