単一遺伝子により刺細胞が刺されなくなる

2023 年 2 月 23 日

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クリシュナ・ラマヌジャン著、コーネル大学

新しい研究によると、科学者らがイソギンチャクの種の単一の制御遺伝子を無効にしたところ、狩猟や護身用に小型の毒銛を発射する刺細胞が、代わりに獲物に絡みつく粘着性の糸を発射するように変化した。

イソギンチャク Nematostella vectensis で行われたこの研究は、NvSox2 と呼ばれる遺伝子を無効にすることで、貫通細胞 (線状細胞と呼ばれる) から粘着性の罠にかかる細胞 (スピロサイトと呼ばれる) への移行がどのように可能になったかを示しています。 この発見は、NvSox2 遺伝子の発達のおかげで、線虫細胞がスピロサイトから進化した可能性があることを示唆しています。

「この 1 つの遺伝子は、2 つの細胞運命の切り替えを制御します。この遺伝子は、この細胞にまったく異なるアイデンティティを与えた一連の形質全体を制御します」と、コーネル大学の生態学および進化生物学の助教授であるレスリー・バボニス氏は述べています。

Babonis は、Nature Communications に掲載された「Single-Cell Atavism Reveals an Ancient Mechanism of Cell Type Diversification in a Sea Solene」の責任著者です。

「刺胞」は、イソギンチャク、サンゴ、ヒドラ、クラゲを含むすべての刺胞動物に見られます。 これらは、形状や機能が異なる数十種類の細胞が存在するため、論文のモデル細胞として機能し、研究者は、単一の細胞タイプがどのようにして多くの異なる形態をもつ非常に多様になることができるかという基本的な進化の疑問を探求することができます。

この研究分野の核心は、すべての生命体は単細胞生物に由来し、細胞が時間の経過とともに特殊化および分化するにつれてより複雑になったため、動物の多様性の進化をより深く理解することを目指しています。

この発見は、N. vectensis の刺細胞の遺伝的構造に、機能の一種の柔軟性が組み込まれているという事実を強調しています。 たとえば、N. vectensis の少数の集団が、突き刺す銛細胞よりも粘着性の糸の方が有利であることが判明した新しい環境に移動した場合、切り替えには 1 つの遺伝子に小さな変異が必要なだけです。

「異なる細胞型を『選択』できることで、動物は新しい生息地に侵入し、新しい形質を進化させる柔軟性が得られる」とバボニス氏は語った。

線虫細胞とスピロサイトはどちらも、厚い加圧カプセルで構成される新しい細胞小器官を含んでいます。 獲物や捕食者が近くに見つかると、加圧されたカプセルが崩壊し、発射体が細胞の外に押し出されます。これは、刺胞細胞の場合は銛であり、スピロサイトの場合は獲物に絡みつく粘着性の糸です。

Babonisらは、CRISPR/Cas9遺伝子編集を利用して、DNAに結合して下流の遺伝子発現を変化させる転写因子であるNvSox2をノックアウトした。 そうすることで、研究者らは、NvSox2 の役割が粘着性細胞の発生を抑制し、代わりに貫通細胞の発生を促進することであることを発見しました。

「この細胞は、野生型動物の細胞とはまったく異なって見え、まったく異なる機能を持っていました」とバボニス氏は語った。

今後の研究では、Babonisらは、近縁種のサンゴを含む刺胞動物の他の種において、2つの細胞運命に対する同じ単一遺伝子制御を探索することにより、この現象の範囲を調査する予定である。 このプロジェクトの長期的な目標は、発射体を発射できる刺胞を作るために必要な最小限の遺伝子セットを特定するために逆算して作業することです。 そこから、さまざまなバリエーションを試していきます。