Sezione trasversale dei tentacoli di un anemone di mare transgenico che mostra le escrescenze di differenziazione dei gruppi di cellule SoxC (viola) e del muscolo connettivo (giallo). Credito: Andreas Diener
Negli anemoni di mare, i geni altamente conservati assicurano una differenziazione continua tra neuroni e cellule ghiandolari.
Gli anemoni di mare sono animali apparentemente immortali. Sembrano essere immuni all’invecchiamento e agli effetti negativi che gli esseri umani sperimentano nel tempo. Tuttavia, le ragioni esatte della loro eterna giovinezza non sono completamente comprese.
L’impronta genetica dell’anemone Nematostella vectensis Rivela che i membri di questo phylum animale incredibilmente antico usano le stesse sequenze geniche per la differenziazione neuronale di organismi più complessi. Questi geni sono anche responsabili del mantenimento dell’omeostasi di tutte le cellule dell’organismo durante la vita dell’anemone. Questi risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista rapporti cellulari da un gruppo di biologi evoluzionisti guidato da Ulrich Technau of Università di Vienna.
Quasi tutti gli esseri viventi sono costituiti da milioni, se non miliardi, di cellule che si combinano insieme in modi complessi per formare tessuti e organi specifici, che sono costituiti da una gamma di tipi cellulari, come una varietà di neuroni e cellule ghiandolari. Tuttavia, non è chiaro come appaia questo equilibrio critico di diversi tipi cellulari, come sia regolato e se i diversi tipi cellulari di diversi organismi abbiano un’origine comune.
Sezione longitudinale ottica di un anemone di mare con 1 neurone transgenico 1 (rosso) in entrambi gli strati cellulari. I muscoli sono colorati di verde e i nuclei cellulari sono blu. Credito: Andreas Diener
L’imprinting unicellulare porta ad antenati comuni
Il gruppo di ricerca, guidato dal biologo evolutivo dello sviluppo Ulrich Technau, che dirige anche la piattaforma di ricerca sulla regolazione delle cellule staminali (SinCeReSt) presso l’Università di Vienna, ha decifrato la diversità e l’evoluzione di tutti i tipi e tipi di neuroni e ghiandole. Origini dello sviluppo degli anemoni di mare Nematostella vectensis.
Per raggiungere questo obiettivo, hanno utilizzato la trascrizione di una singola cellula, un metodo che ha rivoluzionato la biomedicina e la biologia evolutiva negli ultimi dieci anni.
In questo modo, interi organismi possono essere risolti in singole cellule e tutti i geni attualmente espressi in ciascuna cellula possono essere decodificati separatamente. Diversi tipi cellulari differiscono fondamentalmente nei geni che esprimono. Pertanto, le trascrizioni unicellulari possono essere utilizzate per determinare l’impronta molecolare di ogni singola cellula”, spiega Julia Steiger, prima autrice della presente pubblicazione.
Nello studio sono state raggruppate cellule con impronte sovrapposte. Ciò ha consentito agli scienziati di distinguere tipi cellulari specifici o cellule in fasi di sviluppo transitorie, ciascuna con gruppi espressivi unici. Ha inoltre consentito ai ricercatori di identificare il lignaggio comune e le popolazioni di cellule staminali di diversi tessuti.
Con loro sorpresa, hanno scoperto che, contrariamente alle ipotesi precedenti, neuroni, cellule ghiandolari e altre cellule sensoriali derivano da un’unica popolazione ancestrale comune, che può essere verificata mediante etichettatura genetica negli animali viventi. Poiché alcune cellule ghiandolari con funzioni neuronali sono note anche nei vertebrati, ciò potrebbe indicare una relazione evolutiva molto antica tra cellule ghiandolari e neuroni.
Geni antichi in uso costante
Un gene svolge un ruolo speciale nello sviluppo di queste cellule progenitrici comuni. SoxC è espresso in tutte le cellule primarie di neuroni, cellule ghiandolari e neuroni ed è essenziale per la formazione di tutti questi tipi cellulari, come gli autori sono stati in grado di dimostrare anche in esperimenti ad eliminazione diretta.
“È interessante notare che questo gene non è insolito: svolge anche un ruolo importante nella formazione del sistema nervoso nell’uomo e in molti altri animali, il che, insieme ad altri dati, mostra che questi meccanismi chiave di regolazione della differenziazione neuronale sembrano essere conservati attraverso il regno animale.’, dice Technow.
Confrontando le diverse fasi della vita, gli autori hanno anche scoperto che negli anemoni di mare vengono mantenuti i processi genetici dello sviluppo neuronale dall’embrione all’organismo adulto, contribuendo così all’omeostasi neuronale per tutta la vita. Nematostella victensis.
Questo è notevole perché, a differenza degli esseri umani, gli anemoni di mare possono sostituire i neuroni persi o danneggiati per tutta la vita. Per la ricerca futura, ciò solleva la questione di come gli anemoni di mare riescano a mantenere questi meccanismi, che si verificano negli organismi più complessi solo allo stadio embrionale, nell’organismo adulto in modo controllato.
Riferimento: “I trascrittomi unicellulari identificano i regolatori conservati dei lignaggi neuronali ghiandolari” di Julia Steiger, Alison J. Cole, Andreas Diener, Tatiana Lebedeva, Grigory Jenkovic, Alexander Reis, Robert Rischel, Elizabeth Taudes, Mark Lassnig e Ulrich Technau, 20 settembre 2022 e rapporti cellulari.
DOI: 10.1016 / j.celrep.2022.111370
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