Metazoan-wide phylogenomics supports the emergence of recognisable canonical prostanoid-receptor family structure across the vertebrate transition
تُظهر هذه الدراسة الفيلوجينومية الممتدة على نطاق الحيوانات متعددة الخلايا أن البنية المكونة من ثماني عائلات المتعارف عليها لمستقبلات البروستانويد هي ابتكار خاص بالفقاريات، مما يكشف أن ما كان يُفترض سابقاً أنها نظائر غير فقارية هي في الواقع سلالات مستقبلات متميزة ينبع تشابهها الظاهري مع مستقبلات EP4 لدى الفقاريات من القرب الفيلوجيني وليس من التماثل الحقيقي.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
داخل أجسام الحيوانات، من أبسط الإسفنجيات البحرية إلى البشر المعقدين، تنسق لغة كيميائية متطورة عمليات حيوية مثل الالتهاب، وتدفق الدم، والتكاثر. تعتمد هذه اللغة على مجموعة من الجزيئات الدهنية تسمى البروستانويدات (prostanoids)، والتي تعمل كرسل محلية. ولتلقي هذه الرسائل، تستخدم الخلايا بروتينات متخصصة مغروسة في جدرانها الخارجية، تُعرف بالمستقبلات. وفي الفقاريات، مثل الأسماك والطيور والثدييات، تنظم هذه المستقبلات في ثماني عائلات متميزة، كل منها مضبوط لنوع محدد من إشارات البروستانويد. وقد افترض العلماء لفترة طويلة أن هذا النظام المعقد المكون من ثماني عائلات قد ورث من أسلاف قديمة، مما يعني أن حتى الكائنات التي لا تمتلك عموداً فقرياً، مثل قناديل البحر أو الحشرات، يجب أن تمتلك الأسلاف التطورية المباشرة لهذه العائلات الثماني المحددة.
يتحدى بحث جديد هذا الافتراض الذي ساد طويلاً من خلال النظر في التاريخ الجيني لهذه المستقبلات عبر المملكة الحيوانية بأكملها. وقد سعى البحث، الذي قاده الباحث المستقل سيباستيانو سكيبلي، لتحديد متى وكيف ظهر الهيكل التعريفي لهذه العائلات الثماني. ومن خلال تحليل آلاف البيانات الجينية من مئات الأنواع الحيوانية، يكشف البحث أن ترتيب العائلات الثماني المحدد الموجود في الفقاريات ليس سمة لجميع الحيوانات، بل هو تطور ظهر تحديداً أثناء الانتقال إلى الفقاريات.
بدأ الباحث بجمع كمية هائلة من البيانات الجينية، وفحص تسلسلات البروتين من أكثر من 3000 نوع تمثل 30 مجموعة حيوانية مختلفة. وقام بمقارنة هذه التسلسلات مع مجموعة منتقاة بعناية تضم 78 مستقبلاً من الفقاريات، والتي تعمل كمرجع قياسي للعائلات الثماني. كان الهدف هو معرفة ما إذا كانت أي من الحيوانات غير الفقارية تمتلك مستقبلات تتناسب بدقة مع هذه الفئات الثماني القائمة. استخدم الباحث عملية صارمة متعددة الخطوات لضمان الدقة؛ حيث ألقى أولاً شبكة واسعة للعثور على أي تطابقات محتملة، ثم طبق فلاتر (مرشحات) صارمة للتأكد من أن البروتينات تمتلك الهيكل الصحيح، وأخيراً وضعها على أشجار تطورية لمعرفة أين تنتمي. سمحت هذه الطريقة بالتمييز بين المستقبل الذي يشبه فقط مستقبلاً من الفقاريات وبين كونه قريباً تطورياً حقيقياً.
كانت النتائج مذهلة. فمن بين آلاف التسلسلات التي تم تحليلها من الحيوانات غير الفقارية، لم يتمكن أي منها من أن يُوضع بشكل قاطع داخل أي من العائلات الثماني المعيارية. وبينما كانت العديد من هذه المستقبلات القديمة مرتبطة بنظام البروستانويد بمعناه الواسع، إلا أنها لم تنتم إلى المجموعات المحددة المعروفة باسم DP1، أو EP1 إلى EP4، أو FP، أو IP، أو TP. بدلاً من ذلك، شكلت المستقبلات غير الفقارية سلالات متميزة خاصة بها تفرعت قبل أن تتشكل العائلات الفقارية بالكامل. ووجد الباحث أن هذه المستقبلات القديمة غالباً ما ظهرت كالأقرب لعائلة واحدة محددة من الفقاريات، وهي EP4، ولكن كان ذلك نتيجة للطريقة التي تشكل بها الشجرة التطورية، وليس دليلاً على أنها أسلاف حقيقية لعائلة EP4. وقد أثبت الباحث أن هذا التقارب كان نتاجاً هندسياً للبيانات وليس علامة على نسب مباشر.
كما تناول البحث دراسات سابقة حددت مستقبلات معينة في شقائق النعمان البحرية والمرجان كبدائل مباشرة لمستقبلات EP2 وEP4 في الفقاريات. وعند إعادة فحص التسلسلات الجينية باستخدام أسالبه الأكثر شمولاً وصرامة، وجد المؤلف أن هذه التعيينات كانت غير صحيحة. فالتسلسلات من شقائق النعمان كانت بالفعل مرتبطة بنظام البروستانويد ولكنها لم تندرج تحت فئتي EP2 أو EP4 تحديداً. والأهم من ذلك، أن التسلسلات من المرجان، التي صُنفت سابقاً على أنها EP2 وEP4، كانت في الواقع غير مرتبطة بعائلة مستقبلات البروستانويد تماماً، بل تنتمي إلى مجموعات مختلفة من البروتينات السطحية الخلوية. وهذا يشير إلى أن الدراسات السابقة، التي اعتمدت بشكل كبير على عمليات البحث عن التشابه البسيط، ربما أخطأت في تحديد هذه البروتينات القديمة.
ويبدو أن ظهور هيكل العائلات الثماني المعرف قد حدث تدريجياً مع تطور الفقاريات. ويشير البحث إلى أن الفصل الواضح إلى ثماني عائلات متميزة أصبح مستقراً عبر مرحلة الانتقال من الحباليات الأولية إلى الفقاريات الفكية. وبينما أظهرت بعض مجموعات الفقاريات المبكرة، مثل الجلكي (lampreys) والسمك الملقط (hagfish)، علامات على هذا الهيكل الناشئ، إلا أن الترتيب الكامل والمستقر لم يكن مكتملاً بعد. ولم يكن النظام قد استقر في العائلات الثماني التي نراها اليوم إلا في أسلاف الفقاريات الفكية الحديثة. كما نظر الباحث في الموقع الفيزيائي لهذه الجينات على الكروموسومات لفهم كيفية تكاثرها؛ ووجد أنه بينما ظلت بعض أزواج المستقبلات قريبة من بعضها البعض على نفس الكروموسوم، مما يشير إلى أنها نشأت عن طريق التضاعف المحلي، كانت أخرى مشتتة، مما يلمح إلى تاريخ أكثر تعقيداً يتضمن تضاعفات جينومية واسعة النطاق. ومع ذلك، لم تدعم البيانات نموذجاً بسيطاً حيث تم إنشاء جميع العائلات الثماني في آن واحد بواسطة حدث قديم واحد.
يغير هذا العمل فهمنا لكيفية تطور أنظمة الإشارات الحيوانية بشكل جذري. فهو يوضح أن القدرة على الاستجابة لإشارات البروستانويد هي قدرة قديمة ومنتشرة، وموجودة في أشكال عديدة عبر المملكة الحيوانية. ومع ذلك، فإن نظام العائلات الثماني المنظم للغاية الذي يميز بيولوجيا الفقاريات هو ابتكار لاحق. إن المستقبلات الموجودة في اللافقاريات ليست نسخاً مكسورة أو ناقصة من نظام الفقاريات؛ بل هي مجموعة متنوعة من البروتينات التي تطورت بشكل مستقل، والتي أدت وظائف مماثلة ولكنها اتبعت مساراً تطورياً مختلفاً. ويخلص البحث إلى أن تعقيد نظام البروستانويد في الفقاريات هو سمة فريدة لهذا السلالة، ناتجة عن مزيج من تضاعف الجينات المحلي والأحداث الجينومية الأكبر، وليس وراثة مباشرة من سلف لا فقاري موجود مسبقاً ومكتمل التكوين.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.