Geny starożytnych krewnych zwierząt używane do hodowli myszy: Badanie ujawnia ukrytą historię komórek macierzystych

15 listopada 2024

Ten artykuł został przeglądnięty zgodnie z procesem redakcyjnym i politykami Science X. Redaktorzy zwrócili uwagę na następujące cechy, dbając o wiarygodność treści:

zweryfikowane fakty

publikacja przeglądana przez naukowców

zaufane źródło

skorygowane błędy merytoryczne

przez Królową Mary, Uniwersytet w Londynie

Międzynarodowy zespół badaczy osiągnął niespotykany wcześniej przełom: stworzenie komórek macierzystych myszy zdolnych do wygenerowania w pełni rozwiniętej myszy za pomocą narzędzi genetycznych pochodzących od organizmu jednokomórkowego, z którym dzielimy wspólnego przodka datującego się przed zwierzętami.

To odkrycie całkowicie odmienia nasze zrozumienie genetycznych korzeni komórek macierzystych, oferując nową perspektywę na ewolucyjne więzy między zwierzętami a ich starożytnymi jednokomórkowymi krewnymi. Badania opublikowane zostały w czasopiśmie Nature Communications.

W eksperymencie brzmiącym jak science fiction dr Alex de Mendoza z Uniwersytetu Królowej Mary w Londynie współpracował z badaczami z Uniwersytetu w Hongkongu, aby wykorzystać gen znaleziony w zooflagellatach, organizmach jednokomórkowych spokrewnionych ze zwierzętami, do stworzenia komórek macierzystych, które następnie użyli do wytworzenia żyjącej, oddychającej myszy.

Zooflagellaty są najbliższymi żyjącymi krewnymi zwierząt, a ich genomy zawierają wersje genów Sox i POU, znanych z kierowania potencjałem komórek macierzystych do rozwoju w każdy rodzaj komórek — w komórkach macierzystych ssaków. To nieoczekiwane odkrycie podważa długo utrzymujące się przekonanie, że te geny ewoluowały wyłącznie w obrębie zwierząt.

'Udało nam się stworzyć mysz, korzystając z narzędzi molekularnych pochodzących od naszych jednokomórkowych krewnych, co oznacza niespotykaną ciągłość funkcji przez niemal miliard lat ewolucji,' powiedział dr de Mendoza. 'Badania sugerują, że kluczowe geny zaangażowane w tworzenie komórek macierzystych mogą pochodzić zdecydowanie wcześniej niż same komórki macierzyste, być może przyczyniając się do powstania życia wielokomórkowego, które obserwujemy dzisiaj.'

Nagroda Nobla 2012 dla Shinyi Yamanaki udowodniła, że jest możliwe uzyskanie komórek macierzystych z „zróżnicowanych” komórek, po prostu poprzez ekspresję czterech czynników, w tym genu Sox (Sox2) i genu POU (Oct4). W tych nowych badaniach poprzez serię eksperymentów przeprowadzonych we współpracy z laboratorium dra Ralfa Jaucha na Uniwersytecie w Hongkongu / Centrum Medycyny Regeneracyjnej komórki wprowadzono geny Sox zooflagelatów do komórek myszy, zastępując gen Sox2 osiągając reprogramowanie w kierunku stanu pluripotencjalnych komórek macierzystych.

Aby potwierdzić skuteczność tych komórek poddanych reprogramowaniu, wstrzyknięto je do rozwijającego się embrionu myszy. Wynikowa mysz chimeryczna wykazywała cechy fizyczne zarówno od dawcy embrionalnego, jak i zindykowanych laboratoryjnie komórek macierzystych, takie jak czarne plamy futra i ciemne oczy, potwierdzając, że te starożytne geny odegrały kluczową rolę w dopasowaniu komórek macierzystych do rozwoju organizmu zwierzęcego.

Badanie śledzi, jak wczesne wersje białek Sox i POU, które łączą się z DNA i regulują inne geny, były używane przez jednokomórkowych przodków do funkcji, które później stały się integralne dla formowania komórek macierzystych i rozwoju zwierząt. 'Zooflagellaty nie posiadają komórek macierzystych, są to organizmy jednokomórkowe, ale posiadają te geny, prawdopodobnie kontrolując podstawowe procesy komórkowe, które wielokomórkowe zwierzęta prawdopodobnie później wykorzystały do budowy złożonych ciał,' wyjaśnił dr de Mendoza.

Odkrywaj najnowsze informacje ze świata nauki, technologii i kosmosu z ponad 100 000 subskrybentów, którzy polegają na serwisie Phys.org, by zapoznać się z codziennymi nowościami. Zapisz się na nasz bezpłatny newsletter i otrzymuj aktualizacje o przełomach, innowacjach i badaniach, które są ważne — codziennie lub co tydzień.

To nowatorskie spojrzenie podkreśla ewolucyjną wszechstronność narzędzi genetycznych i daje wgląd w to, w jaki sposób wczesne formy życia mogły wykorzystywać podobne mechanizmy do napędzania specjalizacji komórkowej, długo przed powstaniem prawdziwych organizmów wielokomórkowych oraz do znaczenia recyklingu w ewolucji.

To odkrycie ma implikacje poza biologią ewolucyjną, potencjalnie wpływając na nowe postępy w medycynie regeneracyjnej. Pogłębiając nasze zrozumienie ewolucji mechanizmów komórek macierzystych, naukowcy mogą zidentyfikować nowe sposoby optymalizacji terapii komórkami macierzystymi i poprawy technik reprogramowania komórek w celu leczenia chorób czy naprawiania uszkodzonych tkanek.

Studiowanie pierwotnych korzeni tych narzędzi genetycznych pozwala nam na innowacje posiadając wyraźniejszy obraz tego, w jaki sposób mechanizmy pluripotencji mogą być dostosowane lub zoptymalizowane,' powiedział dr Jauch, zauważając, że postępy mogą wyniknąć z eksperymentowania ze sztucznymi wersjami tych genów, które mogą działać nawet lepiej niż naturalne geny zwierzęce w niektórych kontekstach.

Więcej informacji: Ya Gao et al, The emergence of Sox and POU transcription factors predates the origins of animal stem cells, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54152-x

Dostarczone przez Queen Mary, Uniwersytet Londyński