Owady, ze swoją niezwykłą zdolnością do całkowitej metamorfozy, od dawna fascynowały naukowców poszukujących zrozumienia mechanizmów genetycznych leżących u podstaw tego procesu transformacji.

Ostatnie badania przeprowadzone przez Institute for Evolutionary Biology (IBE, CSIC-UPF) i IRB Barcelona rzuciły światło na kluczową rolę trzech genów – Chinmo, Br-C i E93 – w organizowaniu etapów rozwoju owadów. Opublikowane w eŻyciebadania te dostarczają cennych informacji na temat ewolucyjnego pochodzenia metamorfozy i rzucają nowe światło na rolę tych genów we wzroście, rozwoju i regulacji raka [1].

Długowieczność.Technologia: Chinmo może brzmieć jak postać z Pokémona, ale prawda jest o wiele bardziej interesująca. Naukowcy sądzą, że zachowana podczas ewolucji owadów, wraz z bardziej konwencjonalnymi nazwami Br-C i E93, może odgrywać kluczową rolę w ewolucji metamorfozy, działając jako wskazówki zegara biologicznego u owadów. Robak radykalnie różni się od muchy, w którą się zmienia – czy zrozumienie i wykorzystanie biologii, która wchodzi w grę, pewnego dnia pozwoli nam zmienić hodowane komórki skóry w narządy zastępcze lub zatrzymać nowotwory we wczesnych stadiach ich powstawania? Nie, doktorze Seth Brundle, możesz się odczepić.

Owady, które przechodzą całkowitą metamorfozę, takie jak muchy, przechodzą przez trzy następujące etapy rozwoju: zarodek, który powstaje wewnątrz jaja; larwa (stadium młodociane), która rośnie w kilku fazach; oraz poczwarka, która jest etapem obejmującym metamorfozę i formowanie się dorosłego organizmu.

Badanie koncentrowało się na dwóch organizmach modelowych: muszce owocowej muszka owocowa i karaluch Blattella germanica. Dzięki swoim badaniom naukowcy odkryli, że gen Chinmo odgrywa kluczową rolę w ustalaniu stadium młodzieńczego owadów, podczas gdy geny Br-C i E93 regulują przejście do dojrzałości. Geny te występują nie tylko u owadów, ale także u ssaków, w tym ludzi, choć pełnią inną funkcję, biorąc udział w regulacji procesów nowotworowych.

Zespół badawczy zastosował podejście genetyczne, usuwając gen Chinmo Drosophila okazów i zaobserwowano, że owady przechodziły przedwcześnie do stadium poczwarki, pomijając stadium młodociane. Ta obserwacja potwierdza zasadniczą rolę Chinmo w rozwoju nieletnich. Dr Xavier Franch, współkierownik badania, wyjaśnia: „Odkryliśmy, że Chinmo wspomaga wzrost tkanki podczas młodzieńczego stadium Drosophila, utrzymując niezróżnicowanie komórek. Tak więc, podczas gdy Chinmo ulega ekspresji, komórki nie mogą się różnicować, ponieważ gen hamuje działanie genów odpowiedzialnych za tworzenie dorosłych tkanek [2]”.

Badanie ujawnia ponadto, że sekwencyjne działanie genów Chinmo, Br-C i E93 odpowiednio podczas stadiów larwalnych, poczwarkowych i dorosłych koordynuje tworzenie różnych narządów, które kształtują dorosły organizm. Odkrycia te zapewniają kompleksowe zrozumienie regulacji genetycznej leżącej u podstaw rozwoju i metamorfozy owadów.

Chinmo i Br-C są sklasyfikowane jako czynniki transkrypcyjne BTB-ZF, rodzina białek, o których wiadomo, że są zaangażowane w raka. i to występuje również u ludzi. Podczas gdy Chinmo działa jako prekursor onkogenu, promując wzrost tkanek i utrudniając różnicowanie, rola odgrywana przez Br-C i E93 w rozwoju raka – służąc jako supresory nowotworów poprzez aktywację dojrzewania tkanek – była wcześniej nieznana.

„Zrozumienie molekularnego funkcjonowania wzrostu komórek może pomóc w lepszym zrozumieniu procesów nowotworowych” – wyjaśnia dr Jordi Casanova, badacz IRB Barcelona i współautor badania.

„Zdrowe komórki rosną, różnicują się i dojrzewają. Natomiast komórki rakowe rosną w sposób niekontrolowany, nie różnicują się i nie dojrzewają. Tak więc określenie roli Chinmo, Br-C i E93 może być kluczem do przyszłych badań klinicznych [2]”.

Naukowcy zbadali również funkcję Chinmo, Br-C i E93 u karaluchów, gatunku wykazującego znacznie prostszą formę metamorfozy. Porównując swoje odkrycia dotyczące różnych gatunków owadów, naukowcy uzyskali wgląd w ewolucyjny postęp metamorfozy.

„Analiza funkcji tych genów u różnych gatunków owadów pozwala nam obserwować, jak działa ewolucja” – wyjaśnia dr David Martin, naukowiec z IBE (CSIC-UPF), który współkierował badaniami. „Obserwacja, że ​​funkcja Chinmo jest zachowana u owadów tak rozdzielonych ewolucyjnie jak muchy i karaluchy, daje nam wskazówki co do pochodzenia metamorfoz”.

Wyniki badań wskazują, że regulacyjne działanie Chinmo i E93 w ewolucyjnie prostszych owadach, takich jak karaluch, jest wystarczające, aby spowodować przejście z formy młodocianej do dorosłej. Jednak gdy ewolucja dodała gen Br-C do mieszanki, umożliwiła rozwój poczwarek i pojawienie się całkowitej metamorfozy poprzez nowe stadium poczwarki u owadów, takich jak muchy.

Muszka owocowa jest często używana jako model długowieczności; dzięki zrozumieniu mechanizmów genetycznych zaangażowanych w jego metamorfozę, naukowcy mogą dalej badać podstawowe aspekty tej niezwykłej zmiany biologicznej, a także zdobywać cenny wgląd w regulację raka. Co więcej, odkrycia te stanowią platformę do dalszych badań nad ewolucyjnymi początkami metamorfozy i jej późniejszym wpływem na zróżnicowanie gatunków oraz na to, w jaki sposób możemy wykorzystać zaangażowane ścieżki do regulacji wzrostu, naprawy i odmładzania – być może wpływając na nasze własne niezwykłe zmiany w naszych organizmach. długość życia i zdrowie.

[1] https://elifesciences.org/articles/84648
[2] https://www.irbbarcelona.org/en/news/scientific/chinmo-youth-gene

Zdjęcia: IRB Barcelona/Panagiotis Giannios. Główny obraz przedstawia imaginalne komórki prekursorowe skrzydeł dorosłych muszka owocowa [Panagiotis Giannios].