Sección transversal a través de tentáculos de una anémona de mar transgénica que muestra crecimientos de diferenciación de grupos de células SoxC (púrpura) y músculo conectivo (amarillo). Crédito: Andreas Diener
En las anémonas de mar, los genes altamente conservados aseguran la diferenciación continua entre las neuronas y las células glandulares.
Las anémonas de mar son animales aparentemente inmortales. Parecen ser inmunes al envejecimiento y a los efectos negativos que los humanos experimentan con el tiempo. Sin embargo, las razones exactas de su eterna juventud no se entienden completamente.
La huella genética de la anémona Nematostella vectensis Revela que los miembros de este filo animal increíblemente antiguo usan las mismas secuencias de genes para la diferenciación neuronal que los organismos más complejos. Estos genes también son responsables de mantener la homeostasis de todas las células del organismo durante la vida de la anémona. Estos resultados fueron publicados recientemente en la revista informes celulares por un grupo de biólogos evolutivos encabezados por Ulrich Technau de Universidad de Viena.
Casi todos los seres vivos están formados por millones, si no miles de millones, de células que se combinan de manera compleja para formar tejidos y órganos específicos, que están formados por una variedad de tipos de células, como una variedad de neuronas y células glandulares. Sin embargo, no está claro cómo aparece este equilibrio crítico de diversos tipos de células, cómo se regula y si los diferentes tipos de células de diferentes organismos tienen un origen común.
Corte longitudinal óptico de una anémona de mar con 1 neurona transgénica 1 (roja) en ambas capas celulares. Los músculos se tiñen de verde y los núcleos de las células son de color azul. Crédito: Andreas Diener
La impronta unicelular conduce a ancestros comunes
El grupo de investigación, dirigido por el biólogo evolutivo del desarrollo Ulrich Technau, quien también dirige la Plataforma de Investigación de Regulación de Células Madre de Células Únicas (SinCeReSt) en la Universidad de Viena, ha descifrado la diversidad y evolución de todos los tipos y tipos de neuronas y glándulas. Orígenes del desarrollo de las anémonas de mar Nematostella vectensis.
Para lograrlo, utilizaron la transcripción unicelular, un método que ha revolucionado la biomedicina y la biología evolutiva durante la última década.
Con esto, los organismos completos se pueden resolver en células individuales, y todos los genes expresados actualmente en cada célula se pueden decodificar por separado. Los diferentes tipos de células difieren fundamentalmente en los genes que expresan. Por lo tanto, las transcripciones de una sola célula se pueden usar para determinar la huella digital molecular de cada célula individual”, explica Julia Steiger, primera autora de la publicación actual.
En el estudio, se agruparon las células con huellas dactilares superpuestas. Esto permitió a los científicos distinguir tipos de células específicas o células en etapas de transición de desarrollo, cada una con grupos expresivos únicos. También permitió a los investigadores identificar el linaje común y las poblaciones de células madre de diferentes tejidos.
Para su sorpresa, descubrieron que, contrariamente a las suposiciones anteriores, las neuronas, las células glandulares y otras células sensoriales surgen de una única población ancestral común, lo que puede verificarse mediante el etiquetado genético en animales vivos. Dado que algunas células glandulares con funciones neuronales también se conocen en los vertebrados, esto puede indicar una relación evolutiva muy antigua entre las células glandulares y las neuronas.
Genes antiguos en uso constante
Un gen juega un papel especial en el desarrollo de estas células progenitoras comunes. SoxC se expresa en todas las células primarias de las neuronas, las células glandulares y las neuronas y es esencial para la formación de todos estos tipos de células, como los autores también pudieron demostrar en experimentos de inactivación.
«Curiosamente, este gen no es inusual: también juega un papel importante en la formación del sistema nervioso en humanos y muchos otros animales, lo que, junto con otros datos, muestra que estos mecanismos reguladores clave de la diferenciación neuronal parecen conservarse a través de el reino animal’, dice Technow.
Al comparar diferentes etapas de la vida, los autores también encontraron que en las anémonas de mar, los procesos genéticos del desarrollo neuronal desde el embrión hasta el organismo adulto se mantienen, contribuyendo así a la homeostasis neuronal a lo largo de la vida. Nematostella victensis.
Esto es notable porque, a diferencia de los humanos, las anémonas de mar pueden reemplazar las neuronas perdidas o dañadas durante toda su vida. Para futuras investigaciones, esto plantea la pregunta de cómo las anémonas de mar logran mantener estos mecanismos, que ocurren en organismos más complejos solo en la etapa embrionaria, en el organismo adulto de manera controlada.
Referencia: «Los transcriptomas unicelulares identifican reguladores conservados de linajes neuronales glandulares» por Julia Steiger, Alison J. Cole, Andreas Diener, Tatiana Lebedeva, Grigory Jenkovic, Alexander Reis, Robert Rischel, Elizabeth Taudes, Mark Lassnig y Ulrich Technau, 20 Septiembre 2022 y informes celulares.
DOI: 10.1016 / j.celrep.2022.111370
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