Δημοφιλείς Αναρτήσεις

Επιλογή Συντάκτη - 2019

Πώς ένα αρχαίο σπονδυλωτό χρησιμοποιεί οικεία εργαλεία για να χτίσει ένα περίεργο κεφάλι

Anonim

Εάν ποτέ δεν καταλάβατε τι σημαίνει "οντογένεια ανακεφαλαιώνει τη φυλογενία" που σημαίνει στο γυμνάσιο, μην ανησυχείτε: οι βιολόγοι δεν πιστεύουν πλέον ότι η "οντογένεια" ενός ζώου, δηλαδή η εμβρυϊκή του ανάπτυξη, επαναλαμβάνει ολόκληρη την εξελικτική ιστορία του. Αντ 'αυτού, ο νέος τρόπος να καταλάβουμε πώς εξελίχθηκαν τα ζώα είναι να συγκρίνουν ρυθμιστικά δίκτυα που ελέγχουν τα πρότυπα γονιδιακής έκφρασης, ιδιαίτερα εμβρυϊκά, μεταξύ των ειδών. Μια κομψή μελέτη που δημοσιεύτηκε στο online εκδότης της Nature από το Ινστιτούτο Stowers για Ιατρικές Έρευνες στις 14 Σεπτεμβρίου 2014 δείχνει πόσο τρομακτικό και ενθουσιασμό μπορεί να είναι η επιδίωξη.

διαφήμιση


Στη μελέτη, ερευνητής και επιστημονικός διευθυντής Robb Krumlauf, Ph.D. και οι συνάδελφοί του δείχνουν ότι ο θαλάσσιος μανιτάρης Petromyzon marinus, ένας επιζόντης των αρχαίων σπονδυλωτών σιαγόνων, παρουσιάζει ένα πρότυπο γονιδιακής έκφρασης που θυμίζει τους ξαδέλφους του, που εξελίχθηκαν πολύ, πολύ αργότερα. Αυτά τα γονίδια, που ονομάζονται γονίδια Hox, λειτουργούν σαν ένας μοριακός χάρακα, καθορίζοντας πού κατά μήκος του άξονα εμπρός-οπίσθιου (AP) ένα ζώο θα τοποθετήσει ένα συγκεκριμένο χαρακτηριστικό ή προσάρτημα. Η νέα μελέτη σημαίνει ότι το γενετικό πρόγραμμα που χρησιμοποιήθηκε από τα σπονδυλωτά των σιαγόνων, συμπεριλαμβανομένων των ψαριών, των ποντικιών και εμάς, τέθηκε σε λειτουργία πριν από ένα σπονδυλωτό που είχε ποτέ αναγνωρίσιμο πρόσωπο.

"Τα γονίδια Hox ρυθμίζουν το χαρακτήρα ή το σχήμα του ιστού, όπως στα χαρακτηριστικά του κεφαλιού ή του προσώπου. Η δουλειά μας στο παρελθόν έχει αντιμετωπίσει πώς οι παράγοντες δημιουργούν μοναδικές δομές, για παράδειγμα, αυτό που κάνει ένα χέρι διαφορετικό από το πόδι», λέει ο Krumlauf. "Τώρα, είμαστε ενθουσιασμένοι από τον κοινό ρόλο που παίζουν παρόμοια σύνολα γονιδίων για τη δημιουργία ενός βασικού δομικού σχεδίου".

Η ομάδα της Stowers, συνεργάστηκε με τη Marianne Bronner, Ph.D., καθηγητή βιολογίας στο Caltech, επικεντρώθηκε στη θαλάσσια ακτή, επειδή τα απολιθώματα δείχνουν ότι οι πρόγονοί της προέκυψαν από την κοιλότητα Cambrian περίπου 500 εκατομμύρια χρόνια πριν, 100 εκατομμύρια χρόνια πριν τα σαγιονάρια πάντα κολύμπησε στη σκηνή. Το ερώτημα ήταν εάν το ρυθμιστικό δίκτυο του γονιδίου του οπισθίου εγκεφάλου που κατασκευάζει το «σύγχρονο» κεφάλαιο σπονδυλωτών προέρχεται από ζώα που δεν διαθέτουν αυτά τα γονιδιακά δομικά δομήτα από τμήματα ρυθμιστικού DNA που πλαισιώνουν ένα συγκεκριμένο γονίδιο Hox σε zebrafish ή ποντίκια και τα συνδέουν με φθορίζουσες ετικέτες . Όταν εισάγονται σε ένα πειραματόζωο, αυτοί οι τύποι αναφορών σβήνουν στους ιστούς όπου το γονίδιο είναι ενεργοποιημένο ή "εκφρασμένο". Οι ερευνητές επέλεξαν αυτή τη συγκεκριμένη συστοιχία δημοσιογράφων της Hox επειδή, όταν εισάγονται σε έμβρυα ενός σαγιονιασμένου ψαριού, φθορίζουν σε γειτονικές λωρίδες ουράνιου τόξου πάνω και κάτω από τον εμβρυϊκό οπίσθιο εγκέφαλο.

Το εκπληκτικό εύρημα του χαρτιού ήρθε όταν εισήγαγαν τους ίδιους δημοσιογράφους σε έμβρυα φωλιά χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ανέπτυξε ο Hugo Parker, Ph.D., ένας μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο Krumlauf και ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης: τα έμβρυα lamprey έδειξαν το ίδιο σχέδιο ουράνιου τόξου Οι δημοσιογράφοι Hox, όπως και τα ψαροκόκαλα, ακριβώς στην ίδια σειρά κατά μήκος του άξονα AP του οπίσθιου εγκεφάλου.

"Ήμασταν έκπληκτοι να δούμε οποιαδήποτε έκφραση δημοσιογράφων σε φανταχτερό, πολύ λιγότερο ένα μοτίβο που μοιάζει με το μοτίβο σε ένα ποντίκι ή ένα ψάρι", λέει ο Parker, ο οποίος πρωτοστάτησε στην λαμπρή προσέγγιση δημοσιογράφων ως μεταπτυχιακός φοιτητής στο Queen Mary University του Λονδίνου. "Αυτό σημαίνει ότι το ρυθμιστικό δίκτυο των γονιδίων που ρυθμίζει την τμηματική διαμόρφωση του οπίσθιου εγκεφάλου πιθανότατα εξελίχθηκε πριν από την απόκλιση των σπονδυλωτών σιαγόνων."

Οι ερευνητές γνώριζαν ότι σε μικρές εκτάσεις DNA ποντικιών και ζέβραων σε έναν ανταποκριτή Hoxbot (Hoxb3) σχημάτισε ένα επίθεμα προσγείωσης αναγνωρισμένο από μια πρωτεΐνη δεσμεύσεως ϋΝΑ η οποία περιστρέφεται πάνω στο γονίδιο. Όπως θα περιμένατε, όταν εισάγονται σε έμβρυα zebrafish, μεταλλάκτες ανταποκριτές σε αυτές τις αλληλουχίες ήταν ανενεργές (δεν λάμψαν) στον οπίσθιο εγκέφαλο. Είναι αξιοσημείωτο ότι ο μεταλλαγμένος ανταποκριτής ήταν αδρανής και στα έμβρυα του λαμπτήρα, πράγμα που σημαίνει ότι αυτός ο διακόπτης ελέγχου ήταν εδώ και πολύ καιρό.

"Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι τα ρυθμιστικά κυκλώματα που ελέγχουν το μοτίβο του οπισθίου εγκεφάλου ήταν πιθανόν« σταθερά στη θέση τους »στα αρχαία σπονδυλωτά», λέει ο Bronner. Κάποιοι μπορεί να βρουν αυτό το εκπληκτικό, καθώς τα ενήλικα θηλαστικά (όπως εμάς!) Δεν έχουν απολύτως καμία ομοιότητα με λάμπρες. "Ωστόσο, τα έμβρυα των λαμπρίων και άλλων σπονδυλωτών δείχνουν πολλές εντυπωσιακές ομοιότητες, οπότε έχει νόημα ότι υπάρχουν κοινά χαρακτηριστικά για όλους".

Η μελέτη αυτή χρηματοδοτήθηκε από το Ινστιτούτο Stowers και από επιχορηγήσεις από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (R01NS086907 και R01DE017911). Το περιεχόμενο είναι αποκλειστικά ευθύνη των δημιουργών και δεν αντιπροσωπεύει απαραίτητα τις επίσημες απόψεις του NIH.

διαφήμιση



Ιστορία Πηγή:

Υλικά που παρέχονται από το Ινστιτούτο Stowers για ιατρικές έρευνες . Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να επεξεργαστεί για στυλ και μήκος.


Βιβλιογραφία :

  1. Hugo J. Parker, Marianne Ε. Bronner, Robb Krumlauf. Ένα ρυθμιστικό δίκτυο Hox της τμηματοποίησης του οπίσθιου εγκεφάλου διατηρείται στη βάση των σπονδυλωτών . Φύση, 2014; DOI: 10.1038 / nature13723