Cenevre Üniversitesi araştırmacıları, Sonic hedgehog (Shh) gen ifadesini geçici olarak değiştirerek tavuk pullarını tüye dönüştürdüler ve genomda büyük değişiklikler olmadan önemli evrimsel geçişlerin gerçekleşebileceğini ortaya çıkardılar. Bu araştırma, hayvan formlarının geniş çeşitliliğinden sorumlu mekanizmalara ışık tutuyor. Katkı: © UNIGE / Cooper & Milinkovitch
Bir UNIGE ekibi, özellikle gen ifadesini değiştirmenin tavukta pulların yerini tüylerin almasına neden olduğunu gösteriyor.
Pullar, dikenler , tüyler ve saçlar, oldukça çeşitli bir mikroorganizma grubunu oluşturan omurgalı deri uzantılarının örnekleridir. Doğal çok sayıda biçimlerine rağmen, bu uzantılar embriyonik aşamada erken gelişimsel süreçleri paylaşır. Cenevre Üniversitesi’nden (UNIGE) iki araştırmacı, normalde tavukların ayaklarını kaplayan pulların belirli genlerin ifadesini özel olarak değiştirerek tüylere kalıcı olarak nasıl dönüştürüleceğini keşfetti. Science Advances dergisinde yayınlanan bu sonuçlar, türler arasında formda radikal evrimsel geçişlere olanak sağlayan mekanizmaları incelemek için yeni bakış açıları sunuyor.
Karasal omurgalıların derisi, saç, tüy gibi çeşitli keratinize uzantılarla süslenmiştir. ve ölçekler. Türler içindeki ve türler arasındaki çeşitli formlara rağmen, deri uzantılarının embriyonik gelişimi tipik olarak çok benzer bir şekilde başlar. Aslında, bu yapıların tümü, cilt yüzeyinde lokalize bir kalınlaşma oluşturan ve belirli genleri ifade eden hücrelerden gelişir. Sonic hedgehog (Shh) olarak adlandırılan bu genlerden biri, bir sinyal yolunu kontrol eder – mesajların hücreler içinde ve hücreler arasında iletilmesine izin veren bir iletişim sistemi. Shh sinyali, nöral tüp, uzuv tomurcukları ve deri uzantıları dahil olmak üzere çeşitli yapıların gelişiminde yer alır.
Ortak bir ata
Michel Milinkovitch’in laboratuvarı, UNIGE Fen Fakültesi Genetik ve Evrim Bölümü’nden Profesör, omurgalılarda deri uzantılarının çeşitliliğini oluşturan fiziksel ve biyolojik süreçlerle ilgileniyor. Grubu özellikle daha önce saç, tüy ve pulların sürüngen ortak bir atadan miras kalan homolog yapılar olduğunu göstermişti.
Bir genin (Shh) ifadesindeki geçici bir değişiklik, pul yerine tüy oluşumuna yol açan bir dizi gelişimsel olay. Kredi: © UNIGE / Cooper & Milinkovitch
Tavuk embriyosunun tüyleri, bilim adamları tarafından deri uzantılarının gelişimini anlamak için bir model sistem olarak kullanılır. ‘Brahma’ ve ‘Sablepoot’ çeşitleri gibi bazı tavuk ırklarının tüylü bacaklara ve sırt ayak yüzeylerine sahip olduğu bilinmekle birlikte, bu özelliğin genetik determinizmi tam olarak anlaşılamamıştır.
Kalıcı bir değişiklik için geçici bir değişiklik
Bu dönüşümden sorumlu sinyal yolları tam olarak belirlenmediğinden, Michel Milinkovitch’in grubu Shh yolunun potansiyel rolünü araştırdı. “Güçlü bir meşalenin yumurta kabuğunun içindeki kan damarlarını aydınlattığı klasik ‘yumurta mumlama‘ tekniğini kullandık. Michel Milinkovitch’in laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın ortak yazarı olan Rory Cooper, bu, tavuk embriyolarını doğrudan kan dolaşımına enjekte edilen Shh yolunu özel olarak etkinleştiren bir molekülle hassas bir şekilde tedavi etmemizi sağladı.
İki bilim adamı, bu tek aşamaya özgü tedavinin, normalde pullarla kaplı olan alanlarda bol miktarda genç tüy tipi tüy oluşumunu tetiklemek için yeterli olduğunu gözlemledi. Dikkat çekici bir şekilde, bu deneysel olarak oluşturulmuş tüyler, vücudun geri kalanını kaplayan tüylerle karşılaştırılabilir, çünkü bunlar yenileyicidir ve daha sonra ve otonom olarak yetişkin tüyleriyle değiştirilir.
Bir ‘kontrol’ solüsyonu enjekte edilen embriyolarla karşılaştırıldıktan sonra ( aktif molekül olmadan), RNA sıralama analizi, Shh yolunun, molekülün enjeksiyonunu takiben hem hemen hem de sürekli olarak aktive edildiğini gösterdi. Bu, Shh yolunun etkinleştirilmesinin, pulların tüylere dönüşmesinin altında yattığını doğrular.
”Sonuçlarımız, pullardan tüylere evrimsel bir sıçramanın genom bileşiminde veya ifadesinde büyük değişiklikler gerektirmediğini gösteriyor. Bunun yerine, bir genin (Shh) ifadesindeki geçici bir değişiklik, pul yerine tüy oluşumuna yol açan bir dizi gelişimsel olay üretebilir” diyor Michel Milinkovitch. Başlangıçta pulların ve tüylerin gelişiminin incelenmesine odaklanan bu araştırma, bu nedenle, doğada gözlenen muazzam hayvan biçimleri çeşitliliğini oluşturan evrimsel mekanizmaları anlamak için önemli çıkarımlara sahiptir.
Referans: “Sonik sesin geçici agonizmi kirpi yolu, tavuk embriyosundaki deri apendiks kaderinin kalıcı geçişini tetikliyor”, yazan Rory L. Cooper ve Michel C. Milinkovitch, 17 Mayıs 2023, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adg9619{ 4}