Corte transversal através de tentáculos de uma anêmona-do-mar transgênica mostrando crescimentos de diferenciação de aglomerados de células SoxC (roxo) e músculo conjuntivo (amarelo). Crédito: Andreas Diener
Nas anêmonas do mar, genes altamente conservados garantem a diferenciação contínua entre neurônios e células glandulares.
As anêmonas do mar são animais aparentemente imortais. Eles parecem ser imunes ao envelhecimento e aos efeitos negativos que os humanos experimentam ao longo do tempo. No entanto, as razões exatas de sua eterna juventude não são totalmente compreendidas.
A impressão genética da anêmona Nematostella vectensis Ele revela que membros desse filo animal incrivelmente antigo usam as mesmas sequências de genes para diferenciação neuronal que organismos mais complexos. Esses genes também são responsáveis por manter a homeostase de todas as células do organismo durante a vida da anêmona. Esses resultados foram publicados recentemente na revista relatórios de celular por um grupo de biólogos evolucionistas liderados por Ulrich Technau da Universidade de Viena.
Quase todos os seres vivos são compostos de milhões, se não bilhões, de células que se combinam de maneiras complexas para formar tecidos e órgãos específicos, compostos por uma variedade de tipos de células, como uma variedade de neurônios e células glandulares. No entanto, não está claro como esse equilíbrio crítico de diversos tipos de células aparece, como é regulado e se os diferentes tipos de células de diferentes organismos têm uma origem comum.
Corte longitudinal óptico de uma anêmona do mar com 1 neurônio transgênico 1 (vermelho) em ambas as camadas celulares. Os músculos são corados de verde e os núcleos das células são azuis. Crédito: Andreas Diener
A impressão unicelular leva a ancestrais comuns
O grupo de pesquisa, liderado pelo biólogo evolucionista Ulrich Technau, que também lidera a Plataforma de Pesquisa de Regulação de Células-Tronco de Célula Única (SinCeReSt) da Universidade de Viena, decifrou a diversidade e a evolução de todos os tipos e tipos de neurônios e glândulas. Origens de desenvolvimento de anêmonas do mar Nematostella vectensis.
Para conseguir isso, eles usaram a transcrição de célula única, um método que revolucionou a biomedicina e a biologia evolutiva na última década.
Com isso, organismos inteiros podem ser resolvidos em células únicas – e todos os genes atualmente expressos em cada célula podem ser decodificados separadamente. Diferentes tipos de células diferem fundamentalmente nos genes que expressam. Portanto, transcrições unicelulares podem ser usadas para determinar a impressão digital molecular de cada célula individual”, explica Julia Steiger, primeira autora da publicação atual.
No estudo, as células com impressões digitais sobrepostas foram agrupadas. Isso permitiu que os cientistas distinguissem tipos específicos de células ou células em estágios de transição de desenvolvimento, cada uma com grupos expressivos exclusivos. Também permitiu que os pesquisadores identificassem a linhagem comum e as populações de células-tronco de diferentes tecidos.
Para sua surpresa, eles descobriram que, ao contrário das suposições anteriores, neurônios, células glandulares e outras células sensoriais surgem de uma única população ancestral comum, que pode ser verificada por rotulagem genética em animais vivos. Como algumas células glandulares com funções neuronais também são conhecidas em vertebrados, isso pode indicar uma relação evolutiva muito antiga entre células glandulares e neurônios.
Genes antigos em uso constante
Um gene desempenha um papel especial no desenvolvimento dessas células progenitoras comuns. O SoxC é expresso em todas as células primárias de neurônios, células glandulares e neurônios e é essencial para a formação de todos esses tipos de células, como os autores também conseguiram demonstrar em experimentos knockout.
“Curiosamente, esse gene não é incomum: ele também desempenha um papel importante na formação do sistema nervoso em humanos e muitos outros animais, o que, juntamente com outros dados, mostra que esses mecanismos reguladores-chave da diferenciação neuronal parecem ser conservados ao longo do tempo. o reino animal.’, diz Technow.
Ao comparar diferentes fases da vida, os autores também descobriram que nas anêmonas do mar, os processos genéticos de desenvolvimento neuronal do embrião ao organismo adulto são mantidos, contribuindo assim para a homeostase neuronal ao longo da vida. Nematostella victensis.
Isso é notável porque, ao contrário dos humanos, as anêmonas do mar podem substituir neurônios perdidos ou danificados ao longo de suas vidas. Para pesquisas futuras, isso levanta a questão de como as anêmonas do mar conseguem manter esses mecanismos, que ocorrem em organismos mais complexos apenas na fase embrionária, no organismo adulto de forma controlada.
Referência: “Transcritomas de célula única identificam reguladores conservados de linhagens neuronais glandulares” por Julia Steiger, Alison J. Cole, Andreas Diener, Tatiana Lebedeva, Grigory Jenkovic, Alexander Reis, Robert Rischel, Elizabeth Taudes, Mark Lassnig e Ulrich Technau, 20 setembro de 2022 e relatórios de celular.
DOI: 10.1016 / j.celrep.2022.111370