Wissenschaftler enthüllen das Geheimnis der ewigen Jugend eines seltsamen Tieres

Querschnitt durch die Tentakel einer transgenen Seeanemone, die Differenzierungsauswüchse von SoxC-Zellclustern (lila) und Bindemuskeln (gelb) zeigt. Bildnachweis: Andreas Diener

In Seeanemonen sorgen hochkonservierte Gene für die kontinuierliche Differenzierung zwischen Neuronen und Drüsenzellen.

Seeanemonen sind anscheinend unsterbliche Tiere. Sie scheinen immun gegen das Altern und die negativen Auswirkungen zu sein, die Menschen im Laufe der Zeit erfahren. Die genauen Gründe für ihre ewige Jugend sind jedoch nicht vollständig geklärt.

Der genetische Abdruck der Anemone Nematostella vectensis Es zeigt, dass Mitglieder dieses unglaublich alten Tierstamms dieselben Gensequenzen für die neuronale Differenzierung verwenden wie komplexere Organismen. Diese Gene sind auch für die Aufrechterhaltung der Homöostase aller Zellen im Organismus während des Lebens der Anemone verantwortlich. Diese Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Zellberichte von einer Gruppe von Evolutionsbiologen unter der Leitung von Ulrich Technau Universität Wien.

Fast alle Lebewesen bestehen aus Millionen, wenn nicht Milliarden von Zellen, die sich auf komplexe Weise verbinden, um spezifische Gewebe und Organe zu bilden, die aus einer Reihe von Zelltypen bestehen, wie z. B. einer Vielzahl von Neuronen und Drüsenzellen. Unklar ist jedoch, wie dieses kritische Gleichgewicht verschiedener Zelltypen zustande kommt, wie es reguliert wird und ob die unterschiedlichen Zelltypen verschiedener Organismen einen gemeinsamen Ursprung haben.

Optischer Längsschnitt einer Seeanemone mit 1 transgenem Neuron 1 (rot) in beiden Zellschichten. Muskeln sind grün gefärbt und Zellkerne sind blau. Bildnachweis: Andreas Diener

Einzelzellige Prägung führt zu gemeinsamen Vorfahren

Die Forschungsgruppe unter der Leitung des Evolutionsbiologen Ulrich Technau, der auch die Forschungsplattform Single Cell Regulation of Stem Cells (SinCeReSt) an der Universität Wien leitet, hat die Vielfalt und Evolution aller Arten und Arten von Neuronen und Drüsen entschlüsselt. Entwicklungsursprünge von Seeanemonen Nematostella vectensis.

Um dies zu erreichen, nutzten sie die Einzelzelltranskription, eine Methode, die die Biomedizin und Evolutionsbiologie im letzten Jahrzehnt revolutioniert hat.

Damit lassen sich ganze Organismen in einzelne Zellen auflösen – und alle derzeit in jeder Zelle exprimierten Gene separat entschlüsseln. Verschiedene Zelltypen unterscheiden sich grundlegend in den von ihnen exprimierten Genen. Aus Einzelzell-Transkripten lässt sich daher der molekulare Fingerabdruck jeder einzelnen Zelle bestimmen“, erklärt Julia Steiger, Erstautorin der aktuellen Publikation.

In der Studie wurden Zellen mit überlappenden Fingerabdrücken gruppiert. Dies ermöglichte es den Wissenschaftlern, spezifische Zelltypen oder Zellen in Übergangsstadien der Entwicklung zu unterscheiden, jede mit einzigartigen expressiven Gruppen. Es ermöglichte den Forschern auch, die gemeinsame Abstammungslinie und Stammzellpopulationen verschiedener Gewebe zu identifizieren.

Zu ihrer Überraschung stellten sie fest, dass Neuronen, Drüsenzellen und andere Sinneszellen entgegen bisheriger Annahmen aus einer einzigen gemeinsamen Ahnenpopulation stammen, was durch genetische Markierung in lebenden Tieren nachgewiesen werden kann. Da einige Drüsenzellen mit neuronalen Funktionen auch bei Wirbeltieren bekannt sind, könnte dies auf eine sehr alte evolutionäre Verwandtschaft zwischen Drüsenzellen und Neuronen hindeuten.

Uralte Gene im ständigen Gebrauch

Bei der Entwicklung dieser gemeinsamen Vorläuferzellen spielt ein Gen eine besondere Rolle. SoxC wird in allen Primärzellen von Neuronen, Drüsenzellen und Neuronen exprimiert und ist essentiell für die Bildung all dieser Zelltypen, wie die Autoren auch in Knockout-Experimenten nachweisen konnten.

„Interessanterweise ist dieses Gen nicht ungewöhnlich: Es spielt auch eine wichtige Rolle bei der Bildung des Nervensystems bei Menschen und vielen anderen Tieren, was zusammen mit anderen Daten zeigt, dass diese wichtigen Regulationsmechanismen der neuronalen Differenzierung anscheinend übergreifend konserviert sind das Tierreich.‘, sagt Technow.

Durch den Vergleich verschiedener Lebensstadien stellten die Autoren außerdem fest, dass bei Seeanemonen die genetischen Prozesse der neuronalen Entwicklung vom Embryo bis zum erwachsenen Organismus erhalten bleiben und so lebenslang zur neuronalen Homöostase beitragen. Nematostella victensis.

Das ist bemerkenswert, denn im Gegensatz zum Menschen können Seeanemonen verlorene oder beschädigte Neuronen ihr ganzes Leben lang ersetzen. Für die zukünftige Forschung stellt sich daher die Frage, wie es Seeanemonen gelingt, diese Mechanismen, die bei komplexeren Organismen erst im Embryonalstadium auftreten, kontrolliert im erwachsenen Organismus zu erhalten.

Referenz: „Einzelzell-Transkriptome identifizieren konservierte Regulatoren drüsiger neuronaler Abstammungslinien“ von Julia Steiger, Alison J. Cole, Andreas Diener, Tatiana Lebedeva, Grigory Jenkovic, Alexander Reis, Robert Rischel, Elizabeth Taudes, Mark Lassnig und Ulrich Technau, 20 September 2022 und Zellberichte.
DOI: 10.1016 / j.celrep.2022.111370