Открытие генов, ответственных за «вечную» молодость морских актинии

Уже несколько лет известно, что за кажущейся простотой морских актинии (Nematostella vectensis) скрывается удивительная сложность. Очевидно, бессмертные, они разработали секрет вечной молодости в течение миллионов лет своей эволюции, иммунизируя себя против старения. Однако биологические механизмы, определяющие эту невероятную способность, остаются частично непонятыми. Новое исследование, опубликованное в журнале Cell Reports, возможно, расшифровало этот феномен, обнаружив высококонсервативные гены, которые обеспечивают дифференциацию нейронов на протяжении всей жизни животного.

За миллионы лет эволюции большинство живых организмов на Земле превратились из одноклеточных в сложные многоклеточные организмы с миллиардами клеток. У животных эти клетки группируются и дифференцируются в различные категории для формирования функциональных тканей в различных органах. И хотя Nematostella vectensis — всего лишь маленькое цилиндрическое морское беспозвоночное с щупальцами, ее геном считается почти таким же сложным, как геном человека, как по количеству генов (около 20 000), так и по организации.

Такое сходство в сложности делает этот вид анемонов особенно интересной моделью для геномных исследований. Считается, что N. vectensis, относящийся к ветви стрекающие, выделился из билатерий более 600 миллионов лет назад. Эта эволюционная биология наделила их удивительно сложной нервной системой, включающей не менее тридцати различных типов нейронов.

Как различные типы клеток поддерживают оптимальный, согласованный баланс для обеспечения всех функций целого организма, до сих пор в основном остается непонятным.

В новом исследовании, проведенном учеными из Венского университета, секвенирование генома N. vectensis показало, что этот вид использует те же группы генов в процессе дифференциации нейронных клеток, что и гораздо более сложные организмы (включая человека). Эти гены, которые сохраняются с эмбриональной стадии до взрослого состояния, также отвечают за поддержание баланса между всеми клетками актинии на протяжении всей их жизни.

Обновление нейронов по желанию

Геномное секвенирование в новом исследовании пытается расшифровать разнообразие и эволюцию всех типов нервных и железистых клеток актинии, используя одноклеточную транскриптомику (метод, позволяющий проводить количественный анализ РНК). Эта техника позволяет составить последовательность генома целого организма, используя гены, экспрессируемые индивидуально каждой клеткой, которые принципиально различаются в зависимости от их функций или процессов дифференциации.

«Одноклеточная транскриптомика может быть использована для определения молекулярного отпечатка каждой отдельной клетки«, — объясняет Джулия Штегер, ведущий автор нового исследования и научный сотрудник кафедры нейронауки и биологии развития Венского университета, в своем пресс-релизе. Затем клетки с похожими генетическими отпечатками были сгруппированы вместе, чтобы выделить определенные типы клеток на разных стадиях развития. Также можно определить общие популяции прогениторных и стволовых клеток.

Удивительно, но исследователи обнаружили, что, вопреки предыдущим предположениям, нейроны и железистые клетки, а также другие сенсорные клетки, происходят из одной и той же популяции предшественников в актинии. Поскольку некоторые железистые клетки с нейронной способностью также встречаются у большинства позвоночных, этот вывод может указывать на примитивную эволюционную связь между этими двумя априори разными группами клеток.

Кроме того, исследователи обнаружили, что у актинии определенный ген, называемый SoxC, играет фундаментальную роль в развитии этой общей популяции предшественников, и экспрессируется во всех клетках-предшественниках нейронов, железистых клетках и книдоцитах. «Интересно, что этот ген не является чужеродным: он также играет важную роль в формировании нервной системы у человека и многих других животных, что, наряду с другими данными, показывает, что эти ключевые регуляторные механизмы дифференцировки нервных клеток, по-видимому, сохраняются во всем животном мире«, — говорит Ульрих Технау, соавтор нового исследования и также научный сотрудник Венского университета.

Более того, сравнивая эти клетки на разных этапах жизни актинии, исследователи обнаружили, что эти гены, индуцирующие процессы дифференциации нейронов, сохраняются от эмбриональной стадии до взрослого состояния. В отличие от человека и других позвоночных, крошечное животное способно обновлять свои нейроны по желанию на протяжении всей жизни.

Эти результаты дополняют предыдущие исследования, изучающие реакцию N. vectensis на стресс окружающей среды, один из основных факторов, которые могут вызывать клеточное старение у большинства живых существ. Естественно, эти актинии живут, в частности, в местах обитания, подвергающихся интенсивной антропогенной деградации, что указывает на то, что они могут пережить сильный стресс.