Szabályozó hálózatok feltérképezése a tengeri rózsában
Most először sikerült a tudósoknak elkészíteni egy olyan térképet, amely megmutatja, miként hoz létre a genom különböző sejttípusokat a csillag-tengeri rózsában (Nematostella vectensis). A tengeri rózsák a csalánozók közé tartoznak; ide tartoznak a medúzák és a korallok is. A földi élet legkorábbi állatcsoportjai közé sorolhatók, mintegy 500 millió éve jelentek meg.
Az új eredmény részletesen feltárja, milyen szabályozói logika határozza meg a sejtek azonosságát a tengeri rózsában. Ahelyett, hogy kizárólag a működő génekkel jellemezték volna a sejteket, itt a szabályozó elemek (regulátorok) alapján készítették el a sejtatlaszt. Ez lehetőséget ad annak megértésére, hogy a genomban milyen szekvenciainformáció teszi lehetővé a szabályozó hálózatok összehangolt működését.
Új nézőpont a sejtek fejlődésében és eredetében
A Nature Ecology & Evolution folyóiratban publikált térkép lehetővé teszi, hogy a sejteket új módon hasonlítsuk össze. Amíg a hagyományos csoportosítás aktív gének szerint történik, addig a szabályozó elemek alapján történő csoportosítás a sejtek fejlődési múltját mutatja meg: innen ismerhető fel, mely embrionális csírarétegből származnak. Hasonlóképpen sikerült feltárni, hogy két izomsejttípus – bár hasonlók, hasonló géneket használnak és hasonló módon húzódnak össze – teljesen eltérő szabályozó hálózatokból ered, és fejlődésük más-más csírarétegből indul.
A kutatók szerint a génműködés alapján látható, mire képesek a sejtek, de a szabályozó DNS mutatja meg, honnan erednek, hogyan fejlődnek, és melyik csírarétegből származnak. A legmodernebb mesterségesintelligencia-módszerek is segítették az információ dekódolását a genomokban.
A génszabályozás jelentősége az evolúcióban
A csalánozók már több százmillió évvel ezelőtt rendelkeztek ideg- és izomsejtekkel, ezenkívül egyedülálló, csalánsejtekkel is (cnidociták). Ezek a sejtek kis szigonyokat tartalmaznak, amelyek segítenek a zsákmány megbénításában vagy a ragadozók elijesztésében – ezek felelősek például a medúzacsípésért.
Az evolúció számára a génszabályozás rendkívül kreatív eszköz: új sejttípusok és szövetek alakulhatnak ki pusztán a szabályozórendszer finomhangolásának eredményeként. Így korán kialakulhattak olyan bonyolult sejttípusok, amelyek a csalánozók sajátosságait is meghatározzák. Mindez azonban még csak a kezdet: ha további állatoknál is feltérképezik ezeket a szabályozó hálózatokat, pontosabban lesz látható, mi ősi és mi új a sejteket irányító szabályozó rendszerekben.
Végül a kutatók abban bíznak, hogy a jövőben szélesebb körben és összehasonlító módon vizsgálhatják az állati sejttípusok kialakulását és fejlődését, immár nagyszabású genomikai elemzések révén.
A felfedezés méretei és jelentősége
A tudósok mintegy 60 000 egyedi sejtet vizsgáltak a tengeri rózsa életciklusa valamennyi fő szakaszából – ebből körülbelül 52 000-et a kifejlett egyedekből, 7 000-et a fejlődés korai szakaszában lévő embriókból. Így 112 728 szabályozó elemet katalogizáltak részletesen.
A tengeri rózsa genomja mintegy 269 millió DNS-bázisból áll, mégis ennyi szabályozó elemet tartalmaz – ez több, mint korábban gondolták, és egyenértékű például az ecetmuslica (Drosophila melanogaster) szabályozókészletével, amely hasonló genommérettel bír, ám csak jóval később jelent meg az evolúció során.
A felfedezés arra utal, hogy már az összetett állati sejtek kialakulása előtt is léteztek komplex szabályozórendszerek. Tehát azok a szabályok, amelyek ma az izmok működését vagy az idegek jeleit irányítják, már több száz millió éve adottak voltak a Föld ősi tengereinek lakóiban.
