Yenilikler

Minik deniz canlıları nöronların antik kökenlerini açığa çıkarıyor

Dergide yer alan bir araştırma Hücre milimetre büyüklüğünde bir deniz hayvanı olan placozoanlara odaklanarak nöronların evrimine yeni bir ışık tutuyor. Barselona’daki Genomik Düzenleme Merkezi’ndeki araştırmacılar, bu eşsiz ve eski canlılarda bulunan özel salgı hücrelerinin, daha karmaşık hayvanlarda nöronların oluşmasına neden olabileceğine dair kanıtlar buluyor.

Placozoanlar, sığ ve sıcak denizlerde bulunan kayaların ve diğer substratların yüzeyinde yaşayan algler ve mikroplarla beslenen, yaklaşık olarak büyük bir kum tanesi büyüklüğünde küçük hayvanlardır. Damlacık ve gözleme şeklindeki canlılar o kadar basit ki herhangi bir vücut parçası veya organı olmadan yaşıyorlar. Dünya üzerinde ilk kez yaklaşık 800 milyon yıl önce ortaya çıktığı düşünülen bu hayvanlar, Ctenophora (taraklı denizanaları), Porifera (süngerler), Cnidaria (mercanlar, deniz anemonları ve denizanası) ve Bilateria (tümü) ile birlikte beş ana hayvan soyundan biridir. diğer hayvanlar).

Deniz canlıları, hayvanın hareketini veya beslenmesini yönlendirebilen küçük peptitler salgılayan özel hücre türleri olan peptiderjik hücreler sayesinde davranışlarını koordine ederler. Bu hücrelerin kökenine dair entrikadan yola çıkan çalışmanın yazarları, plakozoan hücre tiplerinin nasıl evrimleştiğini anlamak ve eski atalarımızın nasıl göründüğünü ve nasıl çalıştığını bir araya getirmek için bir dizi moleküler teknik ve hesaplamalı model kullandılar.

Antik hücre türlerinin yeniden yapılandırılması

Araştırmacılar ilk önce tüm farklı plakozoan hücre tiplerinin bir haritasını çıkardılar ve dört farklı türün özelliklerini açıkladılar. Her hücre tipinin belirli gen gruplarından gelen özel bir rolü vardır. Haritalar veya ‘hücre atlasları’ araştırmacıların bu genlerin kümelerini veya ‘modüllerini’ haritalandırmasına olanak sağladı. Daha sonra, bu gen modüllerini kontrol eden DNA’daki düzenleyici bölgelerin bir haritasını oluşturdular ve her hücrenin ne yaptığı ve birlikte nasıl çalıştıkları hakkında net bir resim ortaya çıkardılar. Son olarak hücre tiplerinin nasıl evrimleştiğini yeniden yapılandırmak için türler arası karşılaştırmalar yaptılar.

Araştırma, plakozoanlardaki ana dokuz hücre tipinin, bir türden diğerine değişen birçok “arada kalan” hücre türüyle bağlantılı göründüğünü gösterdi. Hücreler büyür ve bölünür, böylece hayvanın hareket etmesi ve yemek yemesi için gereken hücre türlerinin hassas dengesi korunur. Araştırmacılar ayrıca on dört farklı tipte peptiderjik hücre buldular, ancak bunlar diğer tüm hücrelerden farklıydı; herhangi bir ara tip veya herhangi bir büyüme veya bölünme belirtisi göstermiyordu.

Şaşırtıcı bir şekilde, peptiderjik hücreler, bilateria gibi daha gelişmiş hayvanlarda milyonlarca yıl sonra ortaya çıkan bir hücre tipi olan nöronlarla birçok benzerliğe sahipti. Türler arası analizler, bu benzerliklerin placozoanlara özgü olduğunu ve süngerler veya taraklı denizanaları (ktenoforlar) gibi diğer erken dallanan hayvanlarda görülmediğini ortaya çıkardı.

Evrimsel basamak taşları

Peptiderjik hücreler ve nöronlar arasındaki benzerlikler üç yönlüydü. İlk olarak araştırmacılar, bu plakozoan hücrelerin, cnidaria ve bilateria’da yeni nöronların oluşturulduğu süreç olan nörogeneze benzeyen gelişimsel sinyaller yoluyla progenitör epitelyal hücre popülasyonundan farklılaştığını buldular.

İkinci olarak, peptiderjik hücrelerin, bir nöronun mesaj gönderebilen kısmını (sinaptik öncesi iskele) oluşturmak için gerekli birçok gen modülüne sahip olduğunu buldular. Ancak bu hücreler, nöronal mesajın alıcı ucuna (post-sinaptik) veya elektrik sinyallerinin iletilmesi için gerekli bileşenlere sahip olmadıkları için gerçek bir nöron olmaktan uzaktırlar.

Son olarak yazarlar, plakozoan hücre türlerinin, GPCR (G-protein bağlı reseptörler) adı verilen spesifik proteinlerin dış sinyalleri tespit ettiği ve hücre içinde bir dizi reaksiyonu başlattığı hücrelerdeki bir sistemi kullanarak birbirleriyle iletişim kurduğunu göstermek için derin öğrenme tekniklerini kullandılar. Bu dış sinyallere, nöronlar tarafından birçok farklı fizyolojik süreçte kullanılan kimyasal haberciler olan nöropeptitler aracılık eder.

Çalışmanın ilk yazarlarından ve Genomik Düzenleme Merkezi’nde doktora sonrası araştırmacı olan Dr. Sebastián R. Najle, “Paralellikler karşısında hayrete düştük” diyor. “Plakozoan peptiderjik hücreler, henüz tam olarak orada olmasalar bile, ilkel nöronal hücrelerle pek çok benzerliğe sahiptir. Bu, evrimsel bir basamak taşına bakmak gibidir.”

Nöronun şafağı

Çalışma, nöronun yapı taşlarının 800 milyon yıl önce, antik dünyanın sığ denizlerinde göze çarpmadan otlayan atalardan kalma hayvanlarda oluştuğunu gösteriyor. Evrimsel bir bakış açısına göre, ilk nöronlar, günümüzün placozoalarının peptiderjik salgı hücreleri gibi başlamış olabilir. Bu hücreler nöropeptitleri kullanarak iletişim kurdular, ancak sonunda hücrelerin sinaptik sonrası yapı iskeleleri oluşturmasını, aksonlar ve dendritler oluşturmasını ve hızlı elektrik sinyalleri üreten iyon kanalları oluşturmasını sağlayan yeni gen modülleri kazandılar. Placozoanların atalarının Dünya’da ilk kez ortaya çıkmasından milyon yıl sonra.

Ancak sinir sistemlerinin evrimsel öyküsünün tamamı henüz anlatılmayı bekliyor. İlk modern nöronun, yaklaşık 650 milyon yıl önce cnidarians ve bilateryanların ortak atasından kaynaklandığı düşünülüyor. Yine de, önemli yapısal farklılıklara sahip olmalarına ve modern nöronlarda bulunan çoğu genin ifadesinden yoksun olmalarına rağmen, ktenoforlarda nöron benzeri hücreler mevcuttur. Bu nöronal genlerin bazılarının placozoan hücrelerinde varlığı ve bunların ktenoforlarda bulunmaması, nöronların evrimsel yörüngesi hakkında yeni soruları gündeme getiriyor.

“Plakozoanlar nöronlardan yoksundur, ancak şimdi sinir hücrelerimizle çarpıcı moleküler benzerlikler bulduk. Ktenoforların, bizimkilerle temel farklılıkları ve benzerlikleri olan sinir ağları var. Nöronlar bir kez evrimleşip sonra farklılaştı mı, yoksa paralel olarak birden fazla kez mi ayrıldı? Bunlar, her bir parçanın farklı bir kökene sahip olduğu bir mozaik mi? Bunlar, ele alınması gereken açık sorulardır” diyor çalışmanın ilk yazarlarından ve Genomik Düzenleme Merkezi’nde doktora sonrası araştırmacı olan Dr. Xavier Grau-Bové.

Araştırmanın yazarları, dünya çapındaki araştırmacılar farklı türlerden yüksek kaliteli genomları sıralamaya devam ettikçe, nöronların kökenlerinin ve diğer hücre tiplerinin evriminin giderek daha net hale geleceğine inanıyor. “Hücreler yaşamın temel birimleridir, dolayısıyla onların zaman içinde nasıl ortaya çıktıklarını veya değiştiklerini anlamak, yaşamın evrimsel öyküsünü açıklamanın anahtarıdır. Plakozoanlar, ktenoforlar, süngerler ve diğer geleneksel olmayan model hayvanlar, henüz yeni başladığımız sırları barındırır. Kilidi açmak için” diye bitiriyor ICREA Araştırma Profesörü Arnau Sebé-Pedros, çalışmanın ilgili yazarı ve Genomik Düzenleme Merkezi’nde Genç Grup Lideri.

Kaynak ve İleri Okuma: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/09/230919154832.htm

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu