Las neuronas y los cnidocitos de las medusas tienen una forma similar
Los cnidocitos, o células urticantes, que son característicos de las anémonas de mar, las hidras, los corales y las medusas, y nos hacen tener cuidado con nuestros pies mientras nos desplazamos por el océano, también son un excelente modelo para comprender la aparición de nuevos tipos de células, según una nueva investigación de Cornell.
En una nueva investigación publicada el 2 de mayo, Leslie Babonis, profesora asistente de ecología y biología evolutiva en la Facultad de Artes y Ciencias, demostró que estas células urticantes evolucionaron al reutilizar una neurona heredada de un pre-ancestro cnidario.
"Estos sorprendentes resultados demuestran cómo los nuevos genes adquieren nuevas funciones para impulsar la evolución de la biodiversidad", dijo Babonis. "Sugieren que la cooptación de tipos de células ancestrales fue una importante fuente para nuevas funciones celulares durante la evolución temprana de los animales".
Comprender cómo surgen los tipos de células especializadas, como las células urticantes, es uno de los desafíos clave en la biología evolutiva, dijo Babonis. Durante casi un siglo, se ha sabido que los cnidocitos se desarrollaron a partir de un conjunto de células madre que también dan lugar a neuronas (células cerebrales), pero hasta ahora nadie sabía cómo esas células madre deciden formar una neurona o un cnidocito. Comprender este proceso en los cnidarios vivos puede revelar pistas sobre la evolución actual de los cnidocitos, dijo Babonis.
Imagen: Origen de la novedad a través de la duplicación del linaje y la supresión del destino ancestral. Se presenta un modelo paso a paso para el origen de los cnidocitos por duplicación y divergencia de un linaje neural RFamide y una propuesta para el momento evolutivo de estos eventos.
Los cnidoblastos o cnidocitos ("cnidos" en griego significa "ortiga"), comunes a las especies del diverso filo Cnidaria, pueden lanzar una púa o gota tóxica o permitir que los cnidarios aturdan a sus presas o disuadan a los invasores. Los cnidarios son los únicos animales que tienen cnidocitos, pero muchos animales tienen neuronas, dijo Babonis. Así que ella y sus colegas del Laboratorio Whitney de Biociencia Marina de la Universidad de Florida estudiaron cnidarios, específicamente anémonas de mar, para comprender cómo se podría reprogramar una neurona para crear una nueva célula.
"Una de las características únicas de los cnidocitos es que todos tienen un orgánulo explosivo (un pequeño bolsillo dentro de la célula) que contiene el arpón que sale disparado para picarte", dijo Babonis. "Estos arpones están hechos de una proteína que también se encuentra solo en los cnidarios, por lo que los cnidocitos parecen ser uno de los ejemplos más claros de cómo el origen de un nuevo gen (que codifica una proteína única) podría impulsar la evolución de un nuevo tipo celular".
Imagen derecha: Como todos los cnidarios, la anémona de mar, Nematostella vectensis, tiene cnidocitos o células urticantes. Crédito: Universidad de Cornell
Usando genómica funcional en la anémona estrella de mar, Nematostella vectensis, los investigadores demostraron que los cnidocitos se desarrollan desactivando la expresión de un neuropéptido, RFamide, en un subconjunto de neuronas en desarrollo y reutilizando esas células como cnidocitos. Además, los investigadores demostraron que un único gen regulador específico de los cnidarios es responsable tanto de desactivar la función neural de esas células como de activar las características específicas de los cnidocitos.
Las neuronas y los cnidocitos tienen una forma similar, dijo Babonis; ambas son células secretoras capaces de expulsar algo fuera de la célula. Las neuronas secretan neuropéptidos, proteínas que comunican información rápidamente a otras células. Los cnidocitos secretan arpones envenenados.
"Hay un solo gen que actúa como un interruptor de luz: cuando está encendido, obtienes un cnidocito, cuando está apagado, obtienes una neurona", dijo Babonis. "Es una lógica bastante simple para controlar la identidad celular".
Este es el primer estudio que muestra que esta lógica existe en un cnidario, dijo Babonis, por lo que es probable que esta característica regule cómo las células se diferenciaron entre sí en los primeros animales multicelulares.
Babonis y su laboratorio planean estudios futuros para investigar cuán extendido está este interruptor genético de encendido/apagado en la creación de nuevos tipos de células en animales. Un proyecto, por ejemplo, investigará si un mecanismo similar impulsa el origen de las nuevas células secretoras de esqueleto en los corales.
Los hallazgos se han publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences: A novel regulatory gene promotes novel cell fate by suppressing ancestral fate in the sea anemone Nematostella vectensis
