Обнаружены общие эволюционные истоки позвоночных и беспозвоночных

Плакоды и нервный гребень — определяющие черты позвоночных животных. Плакоды — это эмбриональные структуры, развивающиеся в сенсорные органы (ухо, нос, клетки хрусталика). Нервный гребень даёт начало различным клеточным линиям (кость, черепно-лицевой хрящ, эпидермальные сенсорные нейроны).

Несмотря на обширные исследования, их эволюционное происхождение оставалось неясным. Загадку усугубляло наличие зачатков обоих типов клеток у беспозвоночных хордовых. Это побудило команду исследователей из Цукубы разгадать эту эволюционную тайну.

Для исследования использовали комбинацию методов: трассировку клеточных линий, нарушение работы генов и single-cell RNA-секвенирование. Объектом изучения стала латеральная пластинчатая эктодерма (периферическая эмбриональная структура) у протопозвоночного Ciona intestinalis (морской асцидии).

Анализ регуляторного «чертежа» эмбриона Ciona выявил несколько генетических детерминант латеральной пластинчатой эктодермы и доказал наличие взаимосвязанных регуляторных взаимодействий между ними.

«Наиболее поразительное отличие между регуляторными картами судьбы клеток Ciona и позвоночных — это разделение передней латеральной пластинки Ciona на два различных домена», — говорит автор-корреспондент Такео Хори.

Исследователи обнаружили, что передне-задняя компартментализация латеральной пластинки Ciona приводит к развитию родственных, но различных типов сенсорных клеток:

• Пальпальные сенсорные клетки (PSCs)
• Передние туловищные эпидермальные нейроны (aATENs)
• Биполярные хвостовые нейроны (BTNs)

aATENs обладают двойными свойствами хемосенсорных нейронов, происходящих из плакод (например, обонятельных нейронов). BTNs, как полагают, разделяют свойства с ганглиями дорсальных корешков, происходящими из нервного гребня.

Примечательно, что BTNs легко трансформировались в PSCs при мисэкспрессии регуляторных генов первых. Доказательство трансформации подтвердили с помощью whole-embryo single-cell RNA-секвенирования.

«В совокупности наши данные позволяют предположить, что вся латеральная пластинка последнего общего предка оболочников и позвоночных могла быть источником как плакодных, так и производных нервного гребня у позвоночных», — заключает Такео Хори.

Исследование опубликовано в журнале Nature.