Separare

Dec 19, 2023

Nature Communications volume 14, numero articolo: 885 (2023) Citare questo articolo

2633 accessi

131 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Gli cnidociti sono le cellule urticanti esplosive uniche degli cnidari (coralli, meduse, ecc.). Specializzati per la cattura e la difesa delle prede, gli cnidociti comprendono un gruppo di oltre 30 tipi cellulari distinti morfologicamente e funzionalmente. Queste cellule insolite sono esempi iconici di novità biologica, ma i meccanismi di sviluppo che guidano la diversità dell’apparato pungente sono scarsamente caratterizzati, rendendo difficile comprendere la storia evolutiva delle cellule pungenti. Utilizzando l’editing genomico mediato da CRISPR/Cas9 nell’anemone di mare Nematostella vectensis, mostriamo che un singolo fattore di trascrizione (NvSox2) agisce come un interruttore binario tra due destini alternativi di cellule pungenti. L'eliminazione di NvSox2 provoca una trasformazione delle cellule perforanti in cellule intrappolanti, che sono comuni in altre specie di anemoni di mare ma sembrano essere state silenziate in N. vectensis. Questi risultati rivelano un caso insolito di atavismo unicellulare e ampliano la nostra comprensione della diversificazione dell'identità del tipo cellulare.

Nuovi tipi cellulari promuovono l'origine di nuove funzioni fisiologiche e sono essenziali per l'espansione della diversità organismica; tuttavia, comprendere i meccanismi che determinano l'origine di nuovi tipi di cellule rappresenta una sfida persistente in biologia1,2. Gli studi sull'evoluzione dei tratti negli organismi multicellulari hanno identificato l'"omeosi" - la trasformazione di una parte di un organismo in un'altra parte3 - come un'importante fonte di innovazione morfologica. Esempi comuni di tali novità omeotiche includono la conversione dei petali in sepali nelle piante da fiore e la trasformazione dei segmenti addominali in toracici negli insetti4. Da allora è stato dimostrato che queste trasformazioni sono controllate da geni regolatori espressi a livello regionale5,6, dimostrando come lo sviluppo di fenotipi complessi possa essere coordinato da un singolo interruttore genetico. Più recentemente, l’omeosi è stata invocata per spiegare come le trasformazioni possano avvenire a livello di una singola cellula. Gli studi sulla differenziazione neurale nei nematodi, nelle mosche e nei vertebrati hanno identificato singoli geni regolatori sufficienti a convertire un sottotipo neurale in un altro, supportando l'idea che l'omeosi possa controllare l'individuazione del destino cellulare7. Ad oggi, tuttavia, nessuno studio ha dimostrato l’induzione omeotica dell’atavismo – la riemersione di un carattere ancestrale – a livello di un singolo tipo cellulare. Tale dimostrazione fornirebbe una comprensione meccanicistica di come l’omeosi potrebbe guidare la diversificazione dei tipi cellulari e promuovere l’espansione della complessità animale.

Le cellule pungenti (cnidociti) sono tra i tipi cellulari più morfologicamente complessi e sono un esempio iconico di novità cellulare (Fig. 1). Presenti esclusivamente negli cnidari (un clade che comprende coralli, meduse e loro parenti), le cellule pungenti comprendono una vasta gamma di cellule specializzate per la cattura delle prede, la difesa e l'uso dell'habitat che variano ampiamente sia nella forma che nella funzione tra i taxa8. In effetti, l'insieme di tipi di cellule urticanti riscontrati in ciascuna specie di cnidari è probabilmente il carattere diagnostico più informativo per i taxa dal corpo molle, che comprendono oltre 2/3 delle 13.000 specie di cnidari esistenti9,10. Attualmente sono riconosciuti tre sottotipi principali di cellule urticanti che possono essere discriminati dalla morfologia dei loro organelli urticanti11. I primi, i nematociti ("cellule perforanti") (Fig. 1a-c, g, h), hanno un organello esplosivo con una spessa parete della capsula contenente un tubulo eversibile carico di veleno12,13,14,15. Negli cnidari sono stati descritti oltre 30 diversi tipi di nematociti, che differiscono in gran parte nella morfologia della porzione basale e spinosa del tubulo (di seguito chiamata "arpione")8. Il secondo tipo di cellula urticante, gli spirociti ("cellule intrappolanti"), mostrano variazioni morfologiche molto minori e sono descritte come gracili (sottili) o robuste (spesse) nell'aspetto generale16. Sebbene siano ancora effusive, queste cellule sono caratterizzate da due tratti non presenti nelle cellule perforanti: una sottile parete della capsula con aspetto seghettato, derivata da una rete di fibre regolarmente distanziate che rivestono la parete interna della capsula, e un tubulo eversibile ornato da sottili bastoncini laterali che creare una rete intrappolante al momento della scarica17 (Fig. 1d-f, i). Non è noto che il terzo gruppo di cellule pungenti, i tticociti ("cellule aderenti"), contenga tossine e il loro carico utile consiste solo di un tubulo pieghettato e appiccicoso piegato all'interno di una capsula a parete sottile18 (Fig. 1j-l). L'ampia distribuzione di cellule perforanti (nematociti) in tutto il phylum suggerisce che questo tipo di cellula era presente nell'ultimo antenato comune degli cnidari (Fig. 1m). La distribuzione più ristretta dei tipi di cellule intrappolanti e aderenti (rispettivamente spirociti e tticociti) implica che questi tipi di cellule si siano evoluti da un antenato perforante. Tuttavia, i meccanismi di sviluppo che controllano la variabilità nella morfologia dell'apparato pungente non sono stati caratterizzati. I fattori evolutivi che guidano la diversificazione di questi tipi cellulari insoliti, pertanto, rimangono irrisolti.