Ilmuwan mengungkap rahasia awet muda hewan aneh

Penampang melintang tentakel anemon laut transgenik menunjukkan hasil diferensiasi dari kelompok sel SoxC (ungu) dan otot ikat (kuning). Kredit: Andreas Diener

Pada anemon laut, gen yang sangat terkonservasi memastikan diferensiasi berkelanjutan antara neuron dan sel kelenjar.

Anemon laut tampaknya adalah hewan yang abadi. Mereka tampaknya kebal terhadap penuaan dan efek negatif yang dialami manusia dari waktu ke waktu. Namun, alasan yang tepat untuk masa muda kekal mereka tidak sepenuhnya dipahami.

Jejak genetik anemon Nematostella vectensis Ini mengungkapkan bahwa anggota filum hewan purba yang luar biasa ini menggunakan urutan gen yang sama untuk diferensiasi saraf sebagai organisme yang lebih kompleks. Gen-gen ini juga bertanggung jawab untuk menjaga homeostasis semua sel dalam organisme selama kehidupan anemon. Hasil ini baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal laporan sel oleh sekelompok ahli biologi evolusioner yang dipimpin oleh Ulrich Technau dari Universitas Wina.

Hampir semua makhluk hidup terdiri dari jutaan, jika bukan miliaran, sel yang bergabung bersama dalam cara yang kompleks untuk membentuk jaringan dan organ tertentu, yang terdiri dari berbagai jenis sel, seperti berbagai neuron dan sel kelenjar. Namun, tidak jelas bagaimana keseimbangan kritis dari jenis sel yang beragam ini muncul, bagaimana hal itu diatur, dan apakah jenis sel yang berbeda dari organisme yang berbeda memiliki asal yang sama.

Bagian longitudinal optik anemon laut dengan 1 neuron transgenik 1 (merah) di kedua lapisan sel. Otot berwarna hijau, dan inti sel berwarna biru. Kredit: Andreas Diener

Pencetakan sel tunggal mengarah ke nenek moyang yang sama

Kelompok penelitian, yang dipimpin oleh ahli biologi evolusi perkembangan Ulrich Technau, yang juga mengepalai Platform Penelitian Sel Induk Regulasi Sel Tunggal (SinCeReSt) di Universitas Wina, telah menguraikan keragaman dan evolusi semua jenis dan tipe neuron dan kelenjar. Asal usul perkembangan anemon laut Nematostella vectensis.

Untuk mencapai ini, mereka menggunakan transkripsi sel tunggal, sebuah metode yang telah merevolusi biomedis dan biologi evolusioner selama dekade terakhir.

Dengan ini, seluruh organisme dapat dipecahkan menjadi sel tunggal – dan semua gen yang saat ini diekspresikan dalam setiap sel dapat didekodekan secara terpisah. Jenis sel yang berbeda berbeda secara mendasar dalam gen yang mereka ekspresikan. Oleh karena itu, transkrip sel tunggal dapat digunakan untuk menentukan sidik jari molekuler dari setiap sel individu, ”jelas Julia Steiger, penulis pertama publikasi saat ini.

Dalam penelitian tersebut, sel-sel dengan sidik jari yang tumpang tindih dikelompokkan. Hal ini memungkinkan para ilmuwan untuk membedakan jenis sel tertentu atau sel dalam tahap transisi perkembangan, masing-masing dengan kelompok ekspresif yang unik. Hal ini juga memungkinkan peneliti untuk mengidentifikasi garis keturunan umum dan populasi sel induk dari jaringan yang berbeda.

Yang mengejutkan, mereka menemukan bahwa, bertentangan dengan asumsi sebelumnya, neuron, sel kelenjar, dan sel sensorik lainnya muncul dari satu populasi nenek moyang yang sama, yang dapat diverifikasi dengan pelabelan genetik pada hewan hidup. Karena beberapa sel kelenjar dengan fungsi saraf juga dikenal pada vertebrata, ini mungkin menunjukkan hubungan evolusioner yang sangat kuno antara sel kelenjar dan neuron.

Gen kuno terus digunakan

Gen memainkan peran khusus dalam pengembangan sel-sel progenitor umum ini. SoxC diekspresikan di semua sel primer neuron, sel kelenjar, dan neuron dan sangat penting untuk pembentukan semua jenis sel ini, karena penulis juga dapat menunjukkannya dalam eksperimen knockout.

“Menariknya, gen ini tidak biasa: ia juga memainkan peran penting dalam pembentukan sistem saraf pada manusia dan banyak hewan lain, yang, bersama dengan data lain, menunjukkan bahwa mekanisme pengaturan utama diferensiasi neuron tampaknya dipertahankan di seluruh dunia. kerajaan hewan.’, kata Technow.

Dengan membandingkan tahapan kehidupan yang berbeda, penulis juga menemukan bahwa pada anemon laut, proses genetik perkembangan saraf dari embrio hingga organisme dewasa dipertahankan, sehingga berkontribusi pada homeostasis saraf sepanjang hidup. Nematostella victensis.

Ini luar biasa karena, tidak seperti manusia, anemon laut dapat menggantikan neuron yang hilang atau rusak sepanjang hidup mereka. Untuk penelitian di masa depan, ini menimbulkan pertanyaan tentang bagaimana anemon laut berhasil mempertahankan mekanisme ini, yang terjadi pada organisme yang lebih kompleks hanya pada tahap embrionik, pada organisme dewasa secara terkendali.

Referensi: “Transkriptom sel tunggal mengidentifikasi regulator yang dilestarikan dari garis keturunan neuron kelenjar” oleh Julia Steiger, Alison J. Cole, Andreas Diener, Tatiana Lebedeva, Grigory Jenkovic, Alexander Reis, Robert Rischel, Elizabeth Taudes, Mark Lassnig, dan Ulrich Technau, 20 September 2022 dan laporan sel.
DOI: 10.1016 / j.celrep.2022.111370