微小的海洋生物揭示了神经元的古老起源
《细胞》杂志上的一项研究为神经元的进化提供了新的线索，重点关注长生动物(一种毫米大小的海洋动物)。巴塞罗那基因组调控中心的研究人员发现证据表明，在这些独特而古老的生物中发现的特殊分泌细胞可能在更复杂的动物中产生了神经元。
扁动物是一种微小的动物，大小约为一大粒沙子，以生活在浅海温暖海洋中的岩石和其他基质表面的藻类和微生物为食。这些斑点状和煎饼状的生物非常简单，它们的生活没有任何身体部位或器官。这些动物被认为在大约 8 亿年前首次出现在地球上，是动物的五个主要谱系之一，与栉水母(栉水母)、多孔动物(海绵)、刺胞动物(珊瑚、海葵和水母)和双边对称动物(所有其他动物)。
海洋生物通过肽能细胞来协调它们的行为，肽能细胞是一种特殊类型的细胞，可以释放小肽，可以指导动物的运动或进食。在这些细胞起源的好奇心的推动下，该研究的作者采用了一系列分子技术和计算模型来了解长生动物细胞类型如何进化，并拼凑出我们远古祖先可能的外观和功能。
重建古代细胞类型
研究人员首先绘制了所有不同长生动物细胞类型的图谱，注释了它们在四个不同物种中的特征。每种细胞类型都具有来自某些基因组的特殊作用。这些图谱或“细胞图谱”使研究人员能够绘制这些基因的簇或“模块”图表。然后，他们绘制了控制这些基因模块的 DNA 调控区域图谱，清晰地揭示了每个细胞的功能以及它们如何协同工作。最后，他们进行了跨物种比较，以重建细胞类型的进化方式。
研究表明，长生动物的九种主要细胞类型似乎是由许多“中间”细胞类型连接起来的，这些细胞类型从一种类型转变为另一种类型。细胞生长和分裂，维持动物运动和进食所需的细胞类型的微妙平衡。研究人员还发现了十四种不同类型的肽能细胞，但这些细胞与所有其他细胞不同，没有显示出中间类型或任何生长或分裂的迹象。
令人惊讶的是，肽能细胞与神经元有许多相似之处——这种细胞类型直到数百万年后才出现在更先进的动物中，例如两侧对称动物。跨物种分析表明，这些相似性是长生动物所独有的，并且不会出现在其他早期分枝动物中，例如海绵或栉水母(栉水母)。
进化的垫脚石
肽能细胞和神经元之间有三重相似之处。首先，研究人员发现，这些扁动物细胞通过类似于神经发生的发育信号从一群祖上皮细胞中分化出来，神经发生是刺胞动物和两侧动物中新神经元形成的过程。
其次，他们发现肽能细胞具有构建可以发送信息的神经元部分(突触前支架)所需的许多基因模块。然而，这些细胞远不是真正的神经元，因为它们缺乏神经元消息接收端(突触后)的组件或传导电信号所需的组件。
最后，作者使用深度学习技术表明，长生动物细胞类型使用细胞内的系统相互通信，在该系统中，称为 GPCR(G 蛋白偶联受体)的特定蛋白质检测外部信号并在细胞内启动一系列反应。这些外部信号由神经肽介导，神经肽是神经元在许多不同的生理过程中使用的化学信使。
该研究的共同第一作者、基因组调控中心的博士后研究员 Sebastián R. Najle 博士说：“我们对这些相似之处感到震惊。长生动物肽能细胞与原始神经元细胞有许多相似之处，即使它们还没有完全实现。这就像看着一块进化的垫脚石。”
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