脊椎动物和无脊椎动物的共同进化起源被揭示

此前一个隶属于美国纽约大学和加拿大达尔豪西大学的研究小组,已经发现了一种可能的中间细胞类型,它可能有助于理解导致神经嵴发展的进化过程。研究发表在《自然》上,研究小组描述了对海鞘蝌蚪神经发育的研究,以及发现与神经嵴的相似之处。神经嵴是一组细胞,它们存在于脊椎发育过程中的中枢神经系统中——它们最终会分化,然后分化成不同的细胞类型,形成不同的身体部位,如软骨、骨骼和皮肤色素细胞。对神经嵴进行了大量研究,因为该领域的许多人认为神经嵴的发展导致了拥有神经嵴的人的统治地位。尽管有这样的研究,在其他物种中还没有发现中间细胞,这意味着几乎没有证据表明它是如何进化到现在的状态。

博科园-科学科普:在这项新的研究中,研究人员观察了正在发育中的海鞘,因为它拥有双极尾部神经元,他们声称这些神经元与神经嵴有一些相似的特征。要成为前体,或至少是神经嵴的亲戚,细胞必须表现出三个明显的特征;分化成其他类型的细胞,起源于中枢神经系统和迁移行为。在研究无脊椎动物(Ciona intestinalis蝌蚪)中发现的细胞时,研究人员说,它们确实起源于中枢神经系统,它们确实迁移,它们确实分化成其他细胞类型。此外发现一些细胞分化成与脊椎动物的感觉神经元相似的细胞。但是,这是否意味着神经嵴是从类似现代海鞘的生物进化而来呢?研究人员并没有试图回答这个问题,相反他们注意到两者之间也存在差异。

  • Ciona蝌蚪图显示PSCs(触感细胞)、aATENs(前干表皮神经元9)、pATENs(后顶干)和BTNs(双极尾神经元)的位置。图片:University of Tsukuba

例如不是所有的双极尾部神经元都表达了神经嵴表达的所有基因,尽管这可能表明它们是一个中介。Bronner指出,目前还不清楚,是否调节基因的网络是相似。基台和神经脊是脊椎动物(脊髓被软骨或骨头包围的动物)的典型特征。胎盘是胚胎结构,发育成感觉器官,如耳朵、鼻子和晶状体细胞,而神经嵴发育成各种细胞谱系,如骨骼、颅面软骨和表皮感觉神经元。尽管对胎盘和神经嵴进行了广泛的研究,但它们的进化起源仍不清楚。无脊椎脊索动物(没有脊髓的动物)中两种细胞类型的雏形的证据进一步加剧了这个谜题。这促使一组以筑波为中心的研究人员解开了这个进化之谜。

为了研究我们的研究,研究人员使用了一系列的谱系追踪,基因分裂和单细胞rna排序的实验,来探索外侧的外板的特性,这是一种外围的胚胎结构,是原脊椎动物,是一种海洋无脊椎动物,这是一种海洋无脊椎动物,通常被称为海鞘动物,这是其中的三个共同作者之一。通过对Ciona胚胎调控“蓝图”的分析,研究人员确定了外侧板外胚层的几个基因决定因素,并成功地获得了它们之间连锁调控相互作用的证据。在雪诺与脊椎动物的命运调控图之间,最显著的差异是雪诺前外侧板划分为两个不同的区域。

研究人员发现,Ciona侧板的前后分隔导致了相关但明显的感觉细胞类型的发展,包括触须感觉细胞(PSCs)、前干表皮神经元(aATENs)和双极尾神经元(BTNs)。aATENS被证明具有来自胎盘的化学感觉神经元的双重特性,比如涉及到嗅觉的神经元,而BTNs被认为与来自于神经嵴的背根神经节(脊神经背根神经节)具有相同的特性。值得注意的是,当BTNs的调控基因被错压时,它很容易转化为PSCs。全胚胎单细胞RNA测序证实了转化的证据。综合考虑,发现表明,上一个共同的被囊类动物和脊椎动物祖先的整个侧板可能是脊椎动物的胎盘和神经嵴衍生物的来源。


博科园-科学科普|参考期刊文献 :《Nature》|研究/来自:筑波大学,DOI: 10.1038/s41586-018-0385-7

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