하나의

Dec 19, 2023

Nature Communications 14권, 기사 번호: 885(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

자포세포는 자포동물(산호, 해파리 등) 특유의 폭발성 쏘는 세포입니다. 먹이 포획과 방어에 특화된 자포세포는 형태학적, 기능적으로 서로 다른 30개 이상의 세포 유형 그룹으로 구성됩니다. 이러한 특이한 세포는 생물학적 참신함의 상징적인 예이지만 쏘는 장치의 다양성을 이끄는 발달 메커니즘은 제대로 특성화되지 않아 쏘는 세포의 진화 역사를 이해하기가 어렵습니다. 말미잘 Nematostella vectensis에서 CRISPR/Cas9 매개 게놈 편집을 사용하여 단일 전사 인자(NvSox2)가 두 개의 대체 쏘는 세포 운명 사이의 이진 스위치 역할을 한다는 것을 보여줍니다. NvSox2의 녹아웃은 관통 세포를 올가미 세포로 변형시킵니다. 이는 다른 말미잘 종에서는 흔히 발생하지만 N. vectensis에서는 침묵된 것으로 보입니다. 이러한 결과는 단일 세포 격세화의 특이한 사례를 밝히고 세포 유형 정체성의 다양화에 대한 우리의 이해를 확장합니다.

새로운 세포 유형은 새로운 생리학적 기능의 기원을 촉진하고 유기체 다양성의 확장에 필수적입니다. 그러나 새로운 세포 유형의 기원을 유도하는 메커니즘을 이해하는 것은 생물학에서 지속적인 과제입니다1,2. 다세포 유기체의 형질 진화에 대한 연구에서는 유기체의 한 부분이 다른 부분으로 변형되는 "상상성"3이 형태학적 혁신의 중요한 원천임을 확인했습니다. 이러한 항상성적 신기함의 일반적인 예로는 꽃 피는 식물에서 꽃잎이 꽃받침으로 전환되는 것과 곤충에서 복부가 흉부로 전환되는 것이 있습니다4. 이후 이러한 변형은 지역적으로 발현되는 조절 유전자에 의해 제어되는 것으로 나타났으며5,6 이는 복잡한 표현형의 발달이 단일 유전자 스위치에 의해 어떻게 조정될 수 있는지를 보여줍니다. 최근에는 단일 세포 수준에서 변형이 어떻게 발생할 수 있는지 설명하기 위해 항상성이 호출되었습니다. 선충류, 파리 및 척추동물의 신경 분화에 대한 연구에서는 하나의 신경 하위 유형을 다른 하위 유형으로 전환하기에 충분한 개별 조절 유전자를 확인했으며, 이는 항상성이 세포 운명의 개별화를 제어할 수 있다는 아이디어를 뒷받침합니다7. 그러나 지금까지 개별 세포 유형 수준에서 조상 특성의 재출현인 격세유전의 항상성 유도를 입증한 연구는 없습니다. 그러한 시연은 어떻게 홈시스가 세포 유형의 다양화를 촉진하고 동물 복잡성의 확장을 촉진할 수 있는지에 대한 기계적인 이해를 제공할 것입니다.

자상세포(cnidocytes)는 모든 세포 유형 중에서 형태학적으로 가장 복잡한 세포 중 하나이며 세포의 참신함을 상징하는 예입니다(그림 1). 자포동물(산호, 해파리 및 그 친척을 포함하는 계통군)에서만 발견되는 쏘는 세포는 먹이 포획, 방어 및 서식지 이용에 특화된 다양한 세포 배열로 구성되어 있으며 분류군에 따라 형태와 기능이 매우 다양합니다8. 실제로, 자포동물의 각 종에서 발견되는 독침 세포 유형 모음은 현존하는 자포동물 13,000종 중 2/3 이상을 차지하는 연체 분류군에 대한 가장 유익한 진단 특성일 것입니다9,10. 쏘는 세포의 세 가지 주요 하위 유형이 현재 인식되고 있으며 쏘는 세포 소기관의 형태로 구별될 수 있습니다11. 첫 번째 선충세포("피어싱 세포")(그림 1a-c, g, h)는 독이 가득한 세뇨관을 포함하는 두꺼운 캡슐 벽이 있는 폭발성 소기관을 가지고 있습니다. 자포동물 전체에 걸쳐 30가지 이상의 서로 다른 유형의 선세포가 기술되었으며, 세뇨관의 기저부, 가시 부분(이하 "작살"이라고 함)의 형태가 크게 다릅니다8. 두 번째 쏘는 세포 유형인 스피로사이트("올가미 세포")는 훨씬 적은 형태학적 변화를 나타내며 전체적인 외관에서 유순(얇음) 또는 견고(두꺼움)으로 설명됩니다16. 여전히 돌출되어 있지만 이러한 세포는 관통 세포에서 발견되지 않는 두 가지 특성으로 대표됩니다. 내부 캡슐 벽을 감싸는 규칙적인 간격의 섬유 네트워크에서 파생된 톱니 모양의 얇은 캡슐 벽과 미세한 측면 막대로 장식된 회전 가능한 세관입니다. 방전시 올가미 웹을 생성합니다 17 (그림 1d-f, i). 쏘는 세포의 세 번째 그룹인 ptychocytes("부착 세포")는 독소를 포함하는 것으로 알려져 있지 않으며 그 페이로드는 얇은 벽으로 둘러싸인 캡슐 내부에 접힌 주름지고 끈적한 세뇨관으로만 구성됩니다(그림 1j-l). 문 전체에 관통 세포(선충세포)가 광범위하게 분포되어 있다는 사실은 이 세포 유형이 자포동물의 마지막 공통 조상에 존재했음을 시사합니다(그림 1m). 함정에 빠지는 세포 유형과 부착 세포 유형(각각 폐활세포와 ptychocyte)의 분포가 더 제한적이라는 것은 이러한 세포 유형이 관통 조상에서 진화했음을 의미합니다. 그러나 쏘는 장치의 형태의 가변성을 제어하는 ​​발달 메커니즘은 특성화되지 않았습니다. 따라서 이러한 특이한 세포 유형의 다양화를 주도하는 진화적 요인은 아직 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다.