Metazoan-wide phylogenomics supports the emergence of recognisable canonical prostanoid-receptor family structure across the vertebrate transition
这项涵盖整个后生动物的系统发育基因组学研究表明，前列腺素类受体经典的八家族结构是脊椎动物特有的创新，并揭示了此前被提议的非脊椎动物同源物实际上是不同的受体谱系，其与脊椎动物 EP4 受体的表观相似性源于系统发育上的亲缘关系而非真正的直系同源性。
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在动物体内，从最简单的海绵到复杂的人类，一种精密的化学语言协调着诸如炎症、血流和繁殖等重要过程。这种语言依赖于一类被称为前列腺素类物质（prostanoids）的脂质分子，它们充当局部信使。为了接收这些信息，细胞利用嵌入其外壁的特化蛋白质，即受体。在脊椎动物（如鱼类、鸟类和哺乳动物）中，这些受体被组织成八个截然不同的家族，每一类都针对特定类型的前列腺素类信号进行了调优。科学家长期以来一直认为，这种复杂的八家族系统是继承自古老的祖先，这意味着即使是没有脊椎的生物（如水母或昆虫），也应该拥有这八个特定家族的直接进化前身。
一项新的研究通过观察整个动物界这些受体的遗传历史，挑战了这一长期存在的假设。这项由独立研究员塞巴斯蒂亚诺·斯奇贝利（Sebastiano Scibelli）领导的研究，旨在确定这些具有辨识度的八个受体家族结构究竟是在何时以及如何出现的。通过分析来自数百种动物物种的数千个遗传数据集，该研究表明，脊椎动物中所见的这种特定的八家族排列并非所有动物共有的特征，而是专门在向脊椎动物过渡的过程中才出现的发育产物。
研究人员首先收集了大量的遗传数据，检查了来自30个不同动物类别的3000多种蛋白质序列。他们将这些序列与一组精心策划的78个已知脊椎动物受体进行了对比，这组受体作为八个家族的标准参考。目标是观察非脊椎动物是否拥有能够整齐地归入这八个既定类别的受体。研究人员使用了一套严谨的多步流程以确保准确性。他们首先广泛搜寻任何潜在的匹配项，然后应用严格的过滤器以确认蛋白质具有正确的结构，最后将它们置于进化树上以观察其所属位置。这种方法使他们能够区分出仅仅是与脊椎动物受体相似的受体，以及真正的进化亲属。
结果令人震惊。在对非脊椎动物进行的数千个序列分析中，没有任何一个能被明确地归入这八个规范家族之中。虽然许多这些古老的受体在广义上与前列腺素类系统相关，但它们并不属于已知的DP1、EP1至EP4、FP、IP或TP等特定组别。相反，非脊椎动物的受体形成了各自独特的谱系，这些谱系在脊椎动物家族完全形成之前就已经分支出去了。研究人员发现，这些古老受体通常在几何关系上最接近其中一个特定的脊椎动物家族——EP4，但这只是由于进化树的形状所致，而非证明它们是EP4家族的真正祖先。研究人员证明，这种邻近性是数据的几何伪影，而非直接血缘关系的迹象。
该研究还回应了之前的研究，此前有研究认为海葵和珊瑚中的特定受体是脊椎动物EP2和EP4受体的直接等效物。通过使用更全面且更严谨的方法重新检查遗传序列，作者发现这些归类是不正确的。海葵的序列确实与前列腺素类系统有关，但不符合特定的EP2或EP4类别。更重要的是，那些曾被标记为EP2和EP4的珊瑚序列，实际上与前列腺素受体家族完全无关，而是属于不同的细胞表面蛋白组。这表明，早期过度依赖简单相似性搜索的研究，可能会误认这些古老的蛋白质。
这种具有辨识度的八家族结构的出现，似乎是在脊椎动物进化过程中逐渐发生的。研究表明，清晰地划分为八个不同家族的过程，是在从早期脊索动物向有颌脊椎动物过渡的过程中确立下来的。虽然一些早期脊椎动物类群（如七鳃鳗和盲鳗）显示出了这种正在形成的结构的迹象，但完整的、稳定的排列尚未完成。直到在现代有颌脊椎动物的祖先中，该系统才固化成了如今看到的八个家族。研究人员还观察了这些基因在染色体上的物理位置，以了解它们是如何进行扩增的。他们发现，虽然有些受体对仍然紧邻在同一条染色体上（暗示它们是通过局部重复产生的），但另一些则分布散乱，暗示了一个涉及大规模基因组重复的更复杂历史。然而，数据并不支持一个简单的模型，即所有八个家族都是由单一古老事件同时创造出来的。
这项工作从根本上改变了我们对动物信号系统演化的理解。它表明，响应前列腺素类信号的能力是古老且广泛存在的，以多种形式存在于整个动物界。然而，定义了脊椎动物生物学的这种特定的、高度组织的八家族系统，则是后来的创新。非脊椎动物中发现的受体并不是脊椎动物系统的残缺或不完整版本；它们是多样化、独立进化的蛋白质池，虽然发挥着类似的功能，但遵循着不同的进化路径。研究结论指出，脊椎动物前列腺素系统的复杂性是该谱系的一个独特特征，它是通过局部基因重复和更大规模基因组事件的结合而产生的，而非直接继承自一个预先存在的、结构完整的无脊椎动物祖先。
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