Плакоды и нервные гребни являются отличительными чертами позвоночных (животных, спинной мозг которых окружен хрящами или костями). Плакоды - это эмбриональные структуры, которые развиваются в сенсорные органы, такие как клетки уха, носа и хрусталика, в то время как нервные гребни развиваются в различные клеточные линии, такие как кость, черепно-лицевой хрящ и сенсорные нейроны эпидермиса.
Несмотря на обширные исследования плакод и нервных гребней, их эволюционное происхождение остается неясным. Загадка еще более усугубляется свидетельством наличия зачатков обоих типов клеток у хордовых беспозвоночных (животных без спинного мозга). Это побудило группу исследователей, занимающихся Цукубой, разгадать тайну эволюции.
В целях нашего исследования исследователи использовали комбинацию анализа клонирования, разрушения генов и анализов секвенирования одноклеточной РНК, чтобы изучить свойства эктодермы боковой пластинки, периферической эмбриональной структуры, прото - позвоночное, Ciona кишечная, морское беспозвоночное животное, широко известное как асцидия», - объясняет Рёко Хорие, один из трех соавторов исследования, опубликованного в журнале Nature.
Проанализировав регуляторный «чертеж» эмбриона Ciona, исследователи определили несколько генетических детерминант эктодермы боковой пластинки и успешно получили доказательства взаимосвязанных регуляторных взаимодействий между ними.
«Самое поразительное расхождение между регуляторными картами судеб Ciona и позвоночных - это разделение передней боковой пластинки Ciona на два отдельных домена», - говорит соответствующий автор Такео Хори.
Исследователи обнаружили, что передне-задняя компартментализация боковой пластинки Ciona привела к развитию родственных, но разных типов сенсорных клеток, включая сенсорные клетки пальпа (PSCs), передние туловищные эпидермальные нейроны (aATEN) и биполярные хвостовые нейроны. (БТН). Было показано, что aATENS обладают двойными свойствами хемосенсорных нейронов, происходящих из плакод, таких как нейроны, участвующие в обонянии, в то время как BTN, как полагают, имеют общие свойства с ганглиями задних корешков, происходящими из нервного гребня, кластером нейронов (ганглием) в задний корешок спинномозгового нерва.
Примечательно, что BTN легко трансформировались в PSC, когда регуляторные гены первых неправильно экспрессировались. Доказательство трансформации было подтверждено анализом секвенирования одноклеточной РНК цельного эмбриона.
«В совокупности наши результаты позволяют предположить, что вся боковая пластинка последнего общего оболочника и предка позвоночных может быть источником производных как плакод, так и нервного гребня у позвоночных», - говорит Такео Хори.