최초의 스폰지 게놈이 2000 년대 초반에 시퀀싱되었을 때, 연구자들은 스폰지가 인간과 다른 복잡한 생물만큼 대략 많은 유전자를 가질뿐만 아니라 동일한 유전자를 많이 가지고 있다는 사실에 놀랐습니다. 스폰지는 동물 생물의 진화 나무에서 가장 초기의 분지 계보 중 하나입니다. 그들의 단순한 몸에는 대칭 패턴이나 세트 수의 부품조차 없습니다. 이들 유전자의 존재는 근육 수축 및 뉴런의 분화와 같은 기능에 대한 유전자 정보가 근육이나 신경계 자체보다 훨씬 고대임을 암시했다.
그러나 그 유전자는 뉴런이나 근육이없는 동물에서 무엇을하고 있었습니까? 연구원들은 교육받은 추측을하고 힘든 유전자별로 표현 패턴을 조사 할 수있었습니다.
그러나 오늘날 Genomic Technologies의 급속한 발전을 이용하는 새로운 연구가 담수 스폰지 에서 약 26,000 개의 유전자가 발현되는 곳에서 조명되었습니다. . 이 유전자 발현 의이 아틀라스는 이전에 설명 된 적이없는 일부 세포 유형을 포함하여 스폰지의 신체 전체의 세포 유형의 유전자 구성을 보여줍니다. 그것은 처음부터 세포 유형이 어떻게 진화했는지에 대한 중요한 힌트를 제공하며, 뉴런이 한 번 또는 여러 번 진화했는지에 대한 길고 가시적인 논쟁을 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 연구는 Science 의 최신호에 실 렸습니다 .
덴버 대학교에서 스폰지 진화를 연구 한 스콧 니콜스 (Scott Nichols)에 따르면이 야심 찬 종이“도약”은 이전 작업에 대한“도약”이라고한다. "그것에 대해 특별한 것은이 데이터 세트에서 정말 매력적인 가설이 나왔다는 것"이라고 그는 말했다. "그러나 나는 그들이 실험적으로 테스트해야한다는 것을 강조 할 것입니다."
.가장 흥미로운 가설은 스폰지의 소화실 내부의 세포와 관련이 있습니다. 챔버에는 choanocytes라는 독특한 세포가 늘어서 있으며, 이는 손가락 모양의 돌출부 (마이크로 빌리)와 편모가 있습니다. Choanocytes는 소화 챔버를 통한 물의 흐름을 조절하기 위해 편모를 이겼습니다. 소화 챔버는 또한 몇 년 전 설명 된 모바일 "신경"세포를 포함하지만, 그들의 정체성과 기능은 신비 롭지 만
Heidelberg에있는 유럽 분자 생물학 연구소의 Detlev Arendt 팀은 고 처리량 단일 세포 RNA 시퀀싱 기술을 사용하여 Choanocytes가 신경 전달 물질에 수용하고 반응하는 데 관련된 시냅스 후“발판”을 생성하는 유전자를 발현한다는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 모바일 신경화 세포가 신경 시냅스 전구에서 전형적으로 활성화 된 유전자 세트를 발현한다는 것을 발견했다. 이로 인해 연구원들은 신경 세포가 초아노 세포와 대화 할 수 있으며 신경 세포의 작업이 소화 챔버에서 미생물 환경을 순찰하고 그에 따라 초아노 세포의 먹이 행동을 조절하는 것이 될 수 있다는 가설을 세웠습니다.
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Arendt의 실험실의 박사후 연구원 인 Jacob Musser 가이 프로젝트를 이끌었을 때, 스폰지를 스폰지를 염색하여 시냅스 전 및 후 후 유전자가 정확히 발현되는 곳을 살펴 보았을 때, 시냅스 전 유전자를 발현하는 신경 세포가 실제로 시냅스 후 유전자를 발현하는 초기 세포 근처에있는 것을 보았다. 실제로, 신경 세포는 choanocytes에 닿는 것처럼 보이는 유사 포드 팔을 뻗었습니다.
Musser는“이것은 분명히 정말 맹렬한 것이 었습니다. "하지만 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지 알 수는 없습니다."
세포가 무엇을하고 있는지에 대한 자세한 그림을 얻기 위해 Musser와 팀은 함부르크의 X- 선 싱크로트론 시설에서 집중된 이온 빔 전자 현미경을 사용하여 세포의 매우 고해상도 3D 이미지를 얻었으며, 이는 세포의 특징을 15 나노 미터의 작은 크기로 구별 할 수 있습니다. 그들은 신경 세포로부터의 투영이 Choanocytes의 미세 융모 칼라와 편모를 둘러싸고 있으며, 신경 세포는 신경 시냅스 전구에서와 같이 소포를 가졌다는 것을 보았다. 그들은 소포가 아마도 신경 전달 물질 인 글루타메이트를 방출하고 있다고 의심합니다.
그러나 이러한 스폰지가 원시 시냅스를 갖는 것으로 생각하는 것처럼 유혹하는 연구자들은 신경 세포와 조세포 사이의 직접적이고 안정적인 접촉을 관찰하지 않았다. 대신 세포 사이의 연결은 일시적 인 것 같습니다. 또한, 스폰지의 DNA에는 작용 전위를 생성하는 데 필요한 일부 주요 이온 채널에 대한 유전자가 부족합니다. 신경 전달 물질의 방출을 자극하는 날카로운 전기 신호입니다.
그럼에도 불구하고 스폰지는 항상 신경계와 비슷한 것도 부족한 것으로 생각 되었기 때문에, 그들이 뉴런과 깊은 진화 관계를 가진 세포 메커니즘을 가지고 있다는 제안은“스폰지 생물학을 신경 세포 생물학에 연결하는 흥미로운 길입니다.”라고 Nichols는 말했습니다.
콜롬비아 대학의 척추 동물에서 세포 유형의 진화를 연구 한 Maria Antonietta Tosches에 따르면, 뉴런과 신경계, 특히 뉴런이 한 번 또는 여러 번 발생했는지에 대한 문제는 진화 발달 생물학 분야에서 가장 논쟁적인 주제 중 하나이며, 이전에 Arendt의 실험실에서 훈련 된 Maria Antonietta Tosches에 따르면. 이 새로운 연구의 결과는 연구자들이 신경 세포에서 발현 된 시냅스 전 유전자 세트와 조 세포에서 발현 된 시냅스 후 유전자를 발견했기 때문에 그 미스터리에 견딜 수있는 것으로 보인다. (두 세트의 유전자 세트는 다른 세포 유형에서도 활성화되었다.)이 사실은 세포 세포 통신 시스템의 전송 및 수신 말단 둘 다를 담당하는 유전자 모듈이 다양한 유형의 조상 동물 세포에 배치되었음을 시사한다. 따라서 뉴런은 이들 유전자 모듈의 다른 적용을 통해 반복적으로 독립적으로 진화 할 수 있다고 Tosches는 말했다.
실제로, 스폰지의 많은 다기능 세포는 일반적으로 척추 동물과 같은보다 복잡한 동물에서 특수 세포와 관련된 유전자 모듈을 발현합니다. 예를 들어, 스폰지 신경화 세포는 일부 뉴런의 시냅스 전기구 중 일부를 발현 할뿐만 아니라 면역 유전자를 발현시킨다. (신경이 세포가 스폰지에 대한 소화 챔버의 미생물 함량을 모니터링하는 경우, 이들 면역 유전자는 그 역할을 돕는다.) 스폰지는 동물을 압박하고 폐기물이나 원치 않는 잔해를 촉진하기 위해 근육 세포와 같은 수축하는 피나 코 세포라고 불리는 세포를 가지고있다. PINACOCYTE에는 산화 질소, 혈관 확장제에 반응하는 감각기구가 있습니다.
Musser는“산화 질소는 혈관의 평활근을 이완시키는 것이므로 혈관이 팽창 할 때 산화 질소가 이완을 유발합니다. "그리고 우리는 실제로 종이의 실험을 통해 산화 질소 가이 스폰지에서 수축을 조절하고 있음을 보여주었습니다." 글루타메이트와 마찬가지로, 산화 질소는 스폰지의 원시적 행동을 조정하는 초기 신호 전달 메커니즘의 일부일 수 있다고 그는 제안한다.
.Musser는“우리의 데이터는 동물 진화 초기에 많은 중요한 기능적 기계가 존재했다는이 개념과 매우 일치합니다. “그리고 초기 동물 진화의 많은 부분은 이것을 다른 세포로 세분화하기 시작했습니다. 그러나 아마도이 첫 번째 세포 유형은 매우 다기능이었고 여러 가지 일을해야했습니다.” 가장 초기의 동물 세포는 친밀한 친척과 마찬가지로 아마도 스위스 군대 나이프이어야했을 것입니다. 다세포 동물이 진화함에 따라, 그들의 세포는 다른 역할을 수행했을 수 있으며, 이는 더 전문화 된 세포 유형을 초래했을 수 있습니다. 그러나 동물의 다른 혈통은 사물을 다르게 그리고 다른 정도로 나눌 수 있습니다.
유전자 모듈의 혼합 및 일치가 초기 동물 진화의 중요한 주제라면, 다른 종에서 이러한 모듈의 배열과 발현을 비교하면 그들의 역사에 대해 말해 줄 수 있습니다. 이러한 답변을 찾는 한 연구원은 Arnau Sebé-Pedrós입니다. Arnau Sebé-Pedrós는 바르셀로나의 게놈 규제 센터에서 세포 유형 진화를 연구하고 2018 년 스폰지, Placozoans 및 Comb Jellies에서 세포 유형의 첫 번째 아틀라스를 출판했습니다.
.Sebé-Pedrós는 염색체를 따라 유전자의 공간 구성이 함께 위치한 유전자가 조절 기계를 공유 할 수 있기 때문에 계시가 될 수 있다고 생각합니다. "나는 동물 게놈에서 유전자 주문의 보존 정도에 충격을 받고있다"고 그는 말했다. 그는 기능적으로 관련된 유전자 세트를 공동 조절해야 할 필요성이 그것들을 동일한 염색체 지역에 유지한다고 의심합니다.
과학자들은 여전히 세포 유형이 어떻게 진화하고 서로 관련되는지 배우는 초기에 있습니다. 그러나 동물 진화의 진흙 투성이 기원을 명확히하는 것이 중요하다면, 스폰지 세포 아틀라스는 또한 동물 세포 생물학의 가능성을 밝혀서 큰 기여를하고 있습니다. Sebé-Pedrós는“동물의 기원을 이해하는 것이 중요 할뿐만 아니라 다른 동물에 대해 우리가 알고있는 다른 것과 근본적으로 다른 것들을 이해하는 것이 중요합니다.”
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