Gewone celdeling (mitose). Meercelligen zouden kunnen zijn ontstaan doordat de cellen zich na celdeling niet hebben gescheiden. De celdeling was dus niet volledig.

Dieren, van wormen en sponzen tot kwallen en walvissen, bevatten tussen de paar duizend en tientallen biljoenen genetisch vrijwel identieke cellen. Afhankelijk van het organisme rangschikken deze cellen zich in een verscheidenheid aan weefsels en organen, zoals de darmen, spieren en zintuigen. Hoewel niet alle dieren al deze weefsels hebben, hebben ze wel allemaal één weefsel, de kiembaan, dat zaad- of eicellen produceert om de soort voort te planten. Hoe en wanneer die afzonderlijke cellen hebben besloten samen te gaan is niet bekend, maar een celbioloog van de universiteit van Chicago denkt nu een tipje van die sluier te hebben opgelicht. De aantrekkingskracht tussen cellen zal een rol hebben gespeeld, maar wetenschappers denken al te weten dat eiwitten die daarbij een functie vervullen, zich in eencellige organismen hebben ontwikkeld, lang voordat het dierlijke, meercellige leven ontstond.
Celbioloog Michael Glotzer heeft die eiwitten die voorspeld werden uit het genoom van veel dieren (en naaste verwanten van het dierenrijk) eens wat nader onderzocht en hij ontdekte dat dieren een geavanceerder mechanisme voor celdeling ontwikkelden dat ook bijdraagt ​​aan de ontwikkeling van meercellige weefsels en de kiembaan.
“Dit werk suggereert sterk dat een van de eerste stappen in de evolutie van dieren de vorming van de kiembaan was, dankzij het vermogen van cellen om verbonden te blijven door onvolledige cytokinese“, zegt hij. “De evolutie van deze drie eiwitten maakte zowel meercelligheid als de mogelijkheid om een ​​kiembaan te vormen mogelijk: twee van de belangrijkste kenmerken van dieren.”
Celdeling (cytokinese is volgens de Wikipedia niet hetzelfde als celdeling; as) is het proces waarbij een cel zich deelt in twee afzonderlijke dochtercellen. Veel van de eiwitten die daarbij betrokken zijn zijn oud en bestonden al lang voordat de eerste Metazoa (meercelligen, in het bijzonder dieren; as) ontstonden, zo’n 800 miljoen jaar geleden.
Glotzer bestudeert al tientallen jaren de celdeling bij dieren, met name hoe cellen bepalen waar ze zich delen. In dierlijke cellen scheidt een structuur genaamd de mitotische spoel de chromosomen voordat de cellen zich delen; deze structuur bepaalt ook de positie waar de celdeling plaatsvindt.
Hij keek vooral naar drie eiwitten die zich aan elkaar en aan de spoel binden en direct betrokken zijn bij het tot stand brengen van het delingsvlak: Kif23, Cyk4 en Ect2. Nauwe verwanten van deze eiwitten waren eerder alleen bij dieren aangetroffen.
Twee van deze eiwitten, Kif23 en Cyk4, vormen een stabiel eiwitcomplex genaamd centralspindline, dat Glotzer en zijn collega’s meer dan twintig jaar geleden ontdekten. Centralspindline draagt ​​niet alleen bij aan de positionering van het delingsvlak, maar vormt ook een brug tussen de twee beginnende dochtercellen.

De cellen waaruit weefsels en organen buiten de kiembaan bestaan, worden somatische cellen genoemd. Deze cellen worden niet doorgegeven aan de volgende generatie. Kiembaancellen zijn bijzonder omdat ze elk celtype kunnen worden.
Tijdens de ontwikkeling van zaad- en eicellen recombineren deze cellen ook de chromosomen die ze van hun ouders hebben geërfd, waardoor genetische diversiteit ontstaat. Terwijl centralspindline-afhankelijke bruggen in somatische cellen over het algemeen worden verbroken, hebben de kiembanen van de meeste dieren cellen die verbonden blijven door stabiele bruggen.

Explosie

Gezien de recente explosie aan genoomsequentiegegevens die nu beschikbaar zijn voor een breed scala aan dieren, wilde de celbioloog eerst bepalen of de twee eiwitten waaruit het centralspindlinecomplex bestaat, evenals Ect2, het regulerende eiwit dat eraan bindt, aanwezig en goed geconserveerd waren in alle dieren. Tijdens de analyse voor deze studie ontdekte hij dat alle takken van dieren alle drie deze eiwitten bezitten.
Onderzoek naar deze eiwitten bij veelgebruikte labdieren leverde geconserveerde sequentiemotieven op die verband houden met hun bekende functies. Met behulp van het eiwitstructuurvoorspeller AlphaFold van Google DeepMind kon hij de interacties tussen deze verschillende eiwitten voorspellen en ontdekte hij dat elke interactie waarschijnlijk bij alle dieren behouden is gebleven. Dat doet vermoeden dat deze eiwitten allemaal aanwezig waren bij het ontstaan van het dierenrijk, meer dan 800 miljoen jaar geleden, en sindsdien geen drastische veranderingen hebben ondergaan.
Vervolgens vroeg Glotzer zich af of er verwante eiwitten te vinden waren in eencellige organismen. Hij identificeerde enigszins verwante eiwitten in choanoflagellaten, de groep eencellige organismen die wel wat weghebben van een zaadcel en die het nauwst verwant is aan dieren. Alphafold voorspelde dat sommige van deze organismen een complex kunnen vormen dat enigszins lijkt op centralspindline.

Hoewel ze verwant zijn, onderscheiden deze complexen zich duidelijk van centralspindline en missen ze de sequenties die Ect2 in staat stellen zich aan de structuur te binden. Opmerkelijk is dat sommige choanoflagellaten die dit complex wel hebben ook kolonies kunnen vormen via onvolledige celdeling.
Glotzer: “Pre-metazoa cellen hebben mechanismen van deling en splitsing, waarschijnlijk met enkele thema’s en variaties. Vervolgens zorgde dit eiwitcomplex ervoor dat cellen stopten in het stadium vlak voor de splitsing. Misschien is meercellig leven geëvolueerd door een genetische verandering die verhinderde dat cellen zich volledig scheidden.”
“Een mutatie die de assemblage van centralspindline verstoorde, stelde mijn collega’s en mij in staat deze eiwitten in de eerste plaats te vinden, meer dan 25 jaar geleden. Het lijkt erop dat de evolutie van exact deze regio heeft bijgedragen aan de evolutie van het dierlijke leven op de planeet.”

Bron: phys.org