Sezione trasversale di un tentacolo di un anemone di mare transgenico che mostra i prodotti di differenziazione della popolazione cellulare SoxC (magenta) e dei muscoli retrattori (giallo). (C:Andreas Denner). Credito:C:Andreas Denner
L'impronta genetica dell'anemone di mare Nematostella vectensis mostra che i membri di questo phylum animale evolutivamente molto antico utilizzano le stesse cascate geniche per la differenziazione dei tipi di cellule neuronali come organismi più complessi. Questi geni sono anche responsabili dell'equilibrio di tutte le cellule dell'organismo per tutta la vita dell'anemone. I risultati sono stati pubblicati da un team di biologi dello sviluppo guidato da Ulrich Technau dell'Università di Vienna in Cell Reports .
Quasi tutti gli organismi animali sono costituiti da milioni, se non miliardi di cellule che si raggruppano in modi complessi per formare tessuti e organi specifici, costituiti da più tipi cellulari diversi, come una varietà di neuroni o cellule ghiandolari. Non è ben chiaro come nasca questo importante equilibrio di diversi tipi cellulari, come sia regolato e se i diversi tipi cellulari dei diversi organismi animali abbiano un'origine comune.
L'impronta digitale a cella singola porta ad antenati comuni
Il gruppo di ricerca, guidato dal biologo evolutivo dello sviluppo Ulrich Technau, che è anche a capo della piattaforma di ricerca Single Cell Regulation of Stem Cells (SinCeReSt) presso l'Università di Vienna, ha decifrato la diversità e l'evoluzione di tutti i tipi di cellule nervose e ghiandolari e le loro origini dello sviluppo nell'anemone di mare Nematostella vectensis. Per raggiungere questo obiettivo, hanno utilizzato la trascrittomica unicellulare, un metodo che ha rivoluzionato la biomedicina e la biologia evolutiva negli ultimi dieci anni.
"Con questo, interi organismi possono essere risolti in singole cellule e la totalità di tutti i geni attualmente espressi in ogni singola cellula può essere decodificata. Diversi tipi di cellule differiscono fondamentalmente nei geni che esprimono. Pertanto, la trascrittomica a cellula singola può essere utilizzata per determinare l'impronta molecolare di ogni singola cellula", spiega Julia Steger, prima autrice dell'attuale pubblicazione.
Nello studio, sono state raggruppate le cellule con un'impronta digitale sovrapposta. Ciò ha consentito agli scienziati di distinguere i tipi cellulari definiti o le cellule nelle fasi transitorie dello sviluppo, ciascuna con combinazioni di espressioni uniche. Ha inoltre consentito ai ricercatori di identificare le popolazioni di cellule staminali e progenitrici comuni dei diversi tessuti. Con loro sorpresa, hanno scoperto che, contrariamente a quanto ipotizzato in precedenza, neuroni, cellule ghiandolari e altre cellule sensoriali provengono da una popolazione progenitrice comune, che potrebbe 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.
Sezione longitudinale ottica di un anemone di mare con cellule neuronali transgeniche nanos1 (rosse) in entrambi gli strati cellulari. I muscoli sono colorati in verde, i nuclei cellulari in blu. (C:Andreas Denner). Credito:C:Andreas Denner
Antico gene in uso costante
Un gene svolge un ruolo speciale nello sviluppo di queste cellule antenate comuni. SoxC è espresso in tutte le cellule precursori dei neuroni, cellule ghiandolari e cnidociti ed è essenziale per la formazione di tutti questi tipi cellulari, come gli autori sono stati inoltre in grado di dimostrare in esperimenti di knockout.
"È interessante notare che questo gene non è estraneo: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 delle cellule nervose sembrano essere conservati in tutto il regno animale", afferma Technau.
Confrontando le diverse fasi della vita, gli autori hanno anche scoperto che negli anemoni di mare i processi genetici di sviluppo dei neuroni vengono mantenuti dall'embrione all'organismo adulto, contribuendo quindi all'equilibrio dei neuroni per tutta la vita di Nematostella vectensis. Questo è notevole perché, a differenza degli esseri umani, gli anemoni di mare possono sostituire i neuroni mancanti o danneggiati per tutta la vita. Per la ricerca futura, ciò solleva la questione di come l'anemone di mare riesca a mantenere questi meccanismi, che negli organismi più complessi si verificano solo nella fase embrionale, nell'organismo adulto in modo controllato. + Esplora ulteriormente
