Μια ομάδα UNIGE δείχνει πώς η ειδική τροποποίηση της γονιδιακής έκφρασης αναγκάζει τα φτερά να αντικαταστήσουν τα λέπια στο κοτόπουλο.
Τα λέπια, οι σπονδυλικές στήλες, τα φτερά και οι τρίχες είναι παραδείγματα εξαρτημάτων δέρματος σπονδυλωτών, τα οποία αποτελούν μια εξαιρετικά ποικιλόμορφη ομάδα μικροοργάνων. Παρά το φυσικό πλήθος των μορφών τους, αυτά τα προσαρτήματα μοιράζονται τις πρώιμες αναπτυξιακές διαδικασίες στο εμβρυϊκό στάδιο. Δύο ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Γενεύης (UNIGE) ανακάλυψαν πώς να μετατρέψουν μόνιμα τα λέπια που συνήθως καλύπτουν τα πόδια των κοτόπουλων σε φτερά, τροποποιώντας συγκεκριμένα την έκφραση ορισμένων γονιδίων. Αυτά τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Προόδους της Επιστήμηςανοίγουν νέες προοπτικές για τη μελέτη μηχανισμών που έχουν επιτρέψει ριζικές εξελικτικές μεταβάσεις στη μορφή μεταξύ είδος.
Νέα θεραπεία DNA μπορεί να καθυστερήσει την παράλυση(Ανοίγει σε νέα καρτέλα)
Το δέρμα των επίγειων σπονδυλωτά είναι διακοσμημένο με διάφορα κερατινοποιημένα εξαρτήματα, όπως μαλλιά, φτερά και λέπια. Παρά την ποικιλομορφία των μορφών εντός και μεταξύ των ειδών, η εμβρυϊκή ανάπτυξη των εξαρτημάτων του δέρματος ξεκινά τυπικά με πολύ παρόμοιο τρόπο. Πράγματι, όλες αυτές οι δομές αναπτύσσονται από κύτταρα που παράγουν μια τοπική πάχυνση στην επιφάνεια του δέρματος και εκφράζουν συγκεκριμένα γονίδια. Ένα από αυτά τα γονίδια, που ονομάζεται Sonic Hedgehog (Σσσ), ελέγχει μια διαδρομή σηματοδότησης — ένα σύστημα επικοινωνίας που επιτρέπει τη μετάδοση μηνυμάτων εντός και μεταξύ των κελιών. Η σηματοδότηση Shh εμπλέκεται στην ανάπτυξη διαφορετικών δομών, συμπεριλαμβανομένων του νευρικού σωλήνα, των οφθαλμών των άκρων και των εξαρτημάτων του δέρματος.
Κοινός πρόγονος
Το εργαστήριο του Michel Milinkovitch, καθηγητή στο Τμήμα Γενετικής και Εξέλιξης στη Σχολή Επιστημών του UNIGE, ενδιαφέρεται για τις φυσικές και βιολογικές διεργασίες που δημιουργούν την ποικιλία των δερματικών εξαρτημάτων στα σπονδυλωτά. Συγκεκριμένα, η ομάδα του έχει αποδείξει στο παρελθόν ότι τα μαλλιά, τα φτερά και τα λέπια είναι ομόλογες δομές που κληρονομήθηκαν από έναν κοινό πρόγονο των ερπετών.
Τα φτερά του εμβρύου κοτόπουλου χρησιμοποιούνται από τους επιστήμονες ως πρότυπο σύστημα για την κατανόηση της ανάπτυξης του δέρματος. Ενώ είναι γνωστό ότι ορισμένες ράτσες κοτόπουλων, όπως οι ποικιλίες «Brahma» και «Sablepoot», εμφανίζουν φτερωτά πόδια και επιφάνειες ραχιαίων ποδιών, ο γενετικός ντετερμινισμός αυτού του χαρακτηριστικού δεν είναι πλήρως κατανοητός.
Μια παροδική τροποποίηση για μια μόνιμη αλλαγή
Καθώς τα μονοπάτια σηματοδότησης που είναι υπεύθυνα για αυτόν τον μετασχηματισμό δεν έχουν προσδιοριστεί πλήρως, η ομάδα του Michel Milinkovitch διερεύνησε τον πιθανό ρόλο της οδού Shh. «Χρησιμοποιήσαμε την κλασική τεχνική του»κερί αυγών», στην οποία ένας ισχυρός πυρσός φωτίζει τα αιμοφόρα αγγεία στο εσωτερικό του κελύφους του αυγού. Αυτό μας επέτρεψε να θεραπεύσουμε με ακρίβεια τα έμβρυα κοτόπουλου με ένα μόριο που ενεργοποιεί ειδικά το μονοπάτι Shh, το οποίο εγχέεται απευθείας στην κυκλοφορία του αίματος», εξηγεί ο Rory Cooper, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Michel Milinkovitch και συν-συγγραφέας της μελέτης.
Οι δύο επιστήμονες παρατήρησαν ότι αυτή η ειδική θεραπεία ενός σταδίου είναι αρκετή για να πυροδοτήσει το σχηματισμό άφθονων νεανικών φτερών, σε περιοχές που κανονικά θα καλύπτονταν με λέπια. Είναι αξιοσημείωτο ότι αυτά τα πειραματικά επαγόμενα φτερά είναι συγκρίσιμα με αυτά που καλύπτουν το υπόλοιπο σώμα, καθώς είναι αναγεννητικά και στη συνέχεια και αυτόνομα αντικαθίστανται από φτερά ενηλίκων.
Μετά από σύγκριση με έμβρυα στα οποία έγινε ένεση με διάλυμα «μάρτυρα» (χωρίς το ενεργό μόριο), RNA Η ανάλυση αλληλουχίας έδειξε ότι η οδός Shh ενεργοποιείται τόσο άμεσα όσο και επίμονα μετά την έγχυση του μορίου. Αυτό επιβεβαιώνει ότι η ενεργοποίηση της οδού Shh αποτελεί τη βάση της μετατροπής των φολίδων σε φτερά.
«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι ένα εξελικτικό άλμα – από τα λέπια στα φτερά – δεν απαιτεί μεγάλες αλλαγές στη σύνθεση ή την έκφραση του γονιδιώματος. Αντίθετα, μια παροδική αλλαγή στην έκφραση ενός γονιδίου, Σσσ, μπορεί να δημιουργήσει έναν καταρράκτη αναπτυξιακών γεγονότων που οδηγούν στο σχηματισμό φτερών αντί για λέπια», λέει ο Michel Milinkovitch. Αυτή η έρευνα, που αρχικά επικεντρώθηκε στη μελέτη της ανάπτυξης των φολίδων και των φτερών, έχει επομένως σημαντικές επιπτώσεις στην κατανόηση των εξελικτικών μηχανισμών που δημιουργούν την τεράστια ποικιλία των ζωικών μορφών που παρατηρούνται στη φύση.
Αναφορά: «Ο παροδικός αγωνισμός της οδού του ηχητικού σκαντζόχοιρου πυροδοτεί μια μόνιμη μετάβαση της μοίρας του δερματικού εξαρτήματος στο έμβρυο κοτόπουλου» από τους Rory L. Cooper και Michel C. Milinkovitch, 17 Μαΐου 2023, Προόδους της Επιστήμης.
DOI: 10.1126/sciadv.adg9619
