昆士兰大教堂基因组和动物复杂性的演变

2025-06-22 12:22来源:本站

  昆士兰曲霉的基因组使我们能够系统地评估多唑多细胞性的六个标志的起源:(1)调节细胞循环和生长;(2)程序性细胞死亡;(3)细胞 - 细胞和细胞 - 雄性粘附;(4)发育信号传导和基因调节;(5)同种识别和先天免疫;(6)细胞类型的专业化。这些后生多细胞性的基本特征起源于后生茎,通常是后生基因新颖性与更古老的因素相结合的结果。反复出现的主题是这些核心“多细胞性”基因与癌症扰动的基因的重叠,这是一种异常多细胞性的疾病(请参阅图2和3中的肿瘤基因和肿瘤抑制器)。

  尽管动物细胞周期的核心机制可以追溯到早期真核生物(图2A和补充注8.2),但最近出现了一些关键的后生动物调节机制。例如,虽然p53/p63/p73肿瘤抑制剂家族是霍洛佐安特异性31,而在DNA断裂存在下磷酸化p53的HIPK激酶是内唑特异性的,并且MDM2泛素连接酶调节p53 p53 p53是Eumetazoan的特征。因此,在Eumetazoans发散之前,p53介导的对DNA损伤的反应可能已经出现。Myc癌基因说明了分子内调节的发展方式。尽管Amphimedon共享了其他动物MYC蛋白质中存在的四个氨基酸N末端DCMW基序,但在单细胞Monosiga31中发现的MYC直系同源物中缺少该基序。由于该基序的突变破坏了脊椎动物中MYC的功能,因此它可能在所有动物中具有重要作用。

  由两类细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)抑制剂编码的肿瘤抑制剂介导细胞周期的生长因素依赖性调节。尽管INK4/CDKN2类(p15/p16/p18/p19)调节Eumetazoan特异性CDK4/6-Cyclin d激酶,并且是codrate特异性的,但CIP/KIP/CDKN1类(p21/p27/p57)(P21/p27/p57)是更一般的,更为普遍的ETCAN,似乎是CDKS和CDKS,并且在许多cdks and and and and cdks and act and aris and aris aris。在双尾巴人中,CIP/KIP基因整合了外部生长信号,并由主要生长途径在转录和转录后进行调节(见下文)。这类CDK抑制剂在Eumetazoan茎上的出现表明,即使在早期动物中,也具有中心的调节作用。

  尽管细胞生长和细胞分裂在单细胞物种中紧密耦合,但可以在多细胞生物中分别调节它们。在双层人群中,生长受六个主要信号通路(通过RAS的RTK信号传导,通过磷脂酰肌醇-3-OH激酶(PI(3)K)途径的胰岛素信号传导,Rheb/tor,rheb/tor,cytokine-jak/tor,cytokine-jak/stat,warts/hippo和myc oncogene conceclecrient crocecterare crocection crocection crocection crocection crocection crocession。Rheb/Tor途径可以追溯到早期真核生物,而其他途径则包含多个基因,这些基因是Holozoan和metazoan Innovations。例如,胰岛素受体底物和磷酸酪氨酸的结合蛋白GAB1/GAB2在Choanoflagellates发散后出现在后唑茎茎上,这表明像胰岛素 - 信号样途径一样,可能是在早期动物的关键调节剂中的关键调节剂,它是通过将pdk1和akt kins ty到akt kins assate and pdk1和akt kin的。但是,由于P21,P27和MDM2都是Eumetazoan的新颖性,因此直到海绵与Eumetazoans发散后,该途径可能才能获得调节细胞增殖的能力。

  与细胞周期机械相反,大多数凋亡电路都是动物独有的,沿着后生动物,Eumetazoan和双膜茎的复杂性增加(图2C和补充注释8.3)。固有和外在编程的细胞死亡途径都需要胱天蛋白酶,这是一种特异性的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶家族。Amphimedon用特征性的caspase募集和死亡效应子领域以及效应子囊的扩展曲目编码引发液caspase。

  固有途径通过线粒体外膜的通透性驱动细胞死亡,并由促凋亡因子的Bcl-2癌基因家族调节。促凋亡蛋白Bak出现在后生血统中,而Bax和Bok似乎是Eumetazoan特定的。Bcl-2/bcl-X是抗凋亡和特定于后生动物的。线粒体通透性释放了各种进化起源的蛋白质,包括古老的凋亡诱导因子(AIF),促进caspase独立的凋亡,代亚唑特异性凋亡蛋白酶激活因子1(apaf-1)和Eumetazoan sensu sensu sensu casepase caspase antspase caspase caspase dnne dnn canspase canspase(eumetazo ostivator)。

  外部凋亡途径通过跨膜肿瘤坏死因子受体(TNFR)激活外部信号,其细胞内死亡结构域与下游适配器相互作用。Amphimedon编码神经生长因子受体(NGFR)p75样蛋白,尽管它缺乏在Nematostella和Bilaterians中可以看到的关键死亡结构域(参见参见32);其他死亡TNFR(即FAS,DR4,DR5和TNFR1)是脊椎动物特定于32,33。由于固有的级联反应由前期后生动物的组成部分组成,因此它可能是诱导凋亡的原始机制。

  在假定的跨膜蛋白31,34的细胞外区域内的monosiga中存在两个主要细胞 - 细胞粘附超家族的诊断域,钙粘蛋白和免疫球蛋白(补充注释8.8)。两栖动物的钙粘着蛋白与单田蛋白的蛋白质具有域结构的蛋白质诊断,可用于后生动物特异性的经典钙粘蛋白和七个通过跨膜cadherin subfamilies31,35。免疫球蛋白样蛋白的大量扩张发生在后唑茎上,在Amphimedon中预测了218个,而Monosiga31中的5。N末端免疫球蛋白结构域与C末端FN3重复的组合仅在后生动物中发现。

  同样,后生动物细胞外基质(ECM)蛋白使用在Holozoan茎上进化的域。例如,Monosiga用胶原蛋白三重螺旋重复序列和其他具有原纤维胶原C末端结构域的蛋白质编码蛋白质,但这些结构域仅在metazoans30,31中一起出现。在两栖动物中发现了血小板素结构型结构;然而,阿格林,网络和佩尔坎似乎是Eumetazoan的创新。细胞外基质受体α和β整联蛋白(INT)存在于两栖动物和其他后生动物中,但我们考虑的Monosiga和其他非蛋白质真核基因组中不存在(图3A;请参见证明中的注释)。

  主要后代发育信号通路的组成部分以及一类发育转录因子主要存在于两栖动物中,而没有Monosiga和其他非甲唑基因组13,14,16,27,29的组成部分,这表明了原始生殖细胞的形成(补充注释8.4),该颗粒均在2个,,11,11,11,11,11,11,11,11,11,11,,,尽管Amphimedon具有特征性的转录因子家族曲目(补充注8.6)13,14,27,31,但通常在Eumetazoans13中进一步扩展了这些家族。海绵和Eumetazoans之间的一些差异与形态复杂性相关。例如,海绵似乎没有中胚层,因此,两栖动物缺乏中胚层发育中涉及的转录因子(FKH,GSC,Twist,Snail)。相比之下,尽管缺乏神经肌肉系统(PAXB,LHX基因,SOXB,MSX,MEF2,IRX和BHLH神经源性因素),尽管缺乏神经肌肉系统(PAXB,LHX基因,SOXB,MSX,MEF2,IRX和BHLH神经源性因素),但海绵具有几个参与肌肉和神经的转录因子。Amphimedon缺少HOX基因和其他一些转录因子亚家族,它们参与指定和构成双脑神经系统和身体计划13,14,27,36,37。

  信号传导级联反应,例如Wnt,TGF-β,Notch和HedgeHog途径,通过指定细胞身份并协调形态发生事件,模式胚。所有这些级联反应的配体和受体都是细胞表面的后生创新(补充注8.5),除了Eumetazoan sensu sensu严格特异性的刺猬配体29。这些途径特异的转录因子也是后生特异性的(TCF/LEF,SMADS,CSL,GLI),而胞质信号传感器通常具有更古老的起源。这种模式表明,这些途径是由于具有已经有效的信号传导机制的新型配体和受体的参与而产生的,从而实现了多细胞通信。

  与Eumetazoans相比,两栖动物的配体和受体也较少(与许多转录因子家族相比,Eumetazoans(三个Wnt和两个FZD,八个TGF-β配体和五个TGF-β受体,一个Notch和五个Deltas)(补充注释8.5)(补充注释8.5)。与转录因子13,14,27相反,这些蛋白质通常不能分配给Eumetazoan亚家族,也不是最近特定的海绵特异性重复。缺乏系统发育分辨率可能反映了海绵和Eumetazoan谱系中配体/受体分子的快速演变和多样化的时期。也许因此,与配体和受体相互作用以调节途径活性的抑制剂似乎也是特定于谱系的。特别是,在两栖动物中未发现来自双层人士的抑制剂(例如,Chordin,Numb,I-Smads,Wif)。

  向多细胞的过渡伴随着防御入侵病原体的机制,并防止遗传上不同的同种异体2的融合。尽管某些后代免疫基因起源于真核进化的早期,但许多基因仅限于动物,如Toll-like受体(TLR)和白介素1受体(IL-1R)共享的信号传导级联反应所示(补充注释8.10)。属于该受体超家族的一种祖先形式可能存在于最后一个共同的后代祖先中,并且在波利弗兰和cnidarian谱系中独立多样化。核因子κB(NF-κB),Tollip和ECSIT基因存在于Holozoans中;但是,大多数TLR/IL-1R途径蛋白要么由后生特异性域(例如佩里诺)或架构组成(例如,MyD88和iraks中的TIR和蛋白激酶域的死亡结构域分别为死亡域)。免疫效应系统还主要由后生动物创新,例如直接参与病原体消除的巨噬细胞表达的基因1(MPEG1)38。同样,所有动物都具有特定的抗病毒防御因子,例如MDA5样RNA解旋酶和干扰素调节因子样蛋白,尽管其他系统(例如RNAi)具有更古老的Origins39。原始补体途径似乎仅在Eumetazoan sensu stricto茎上进化,并在Bilaterians40中进一步多样化。

  两栖动物和其他脱摩管编码称为聚集因子的独特细胞外CARX-β结构蛋白的蛋白聚糖,这些因子促进细胞粘附,并且也可能参与AlloreCognition41。在两栖基因组中,存在与因素相关的基因簇的存在表明同种异体识别可以在多基因家族的控制之下。

  海绵细胞粘附在形成类似组织的层,但是一个真正的上皮细胞层,其特征是细胞极性,皮带形式连接和基础层层,被认为是Eumetazoan创新。Amphimedon具有大型(DLG)配合物的PAR,Crumbs和Discs的所有主要组成部分,这是一组相互作用的蛋白质,这些蛋白在很大程度上是后生特异性的,并确定上皮细胞中的极性(图3A和补充注释8.8)。包含双尾巴斑点形式和Zonula粘附连接的主要蛋白质也存在于Amphimedon中,并且似乎是metazoan特定的34,42。相比之下,分隔连接和基底层蛋白似乎在很大程度上是Eumetazoan的创新(图3A)。两栖动物确实拥有几种具有层粘连蛋白样结构域架构的基因(补充注释9.3)。

  尽管神经细胞似乎仅限于Eumetazoans sensu stricto43,44,但海绵可以感知并响应其环境。然而,在两栖动物幼虫球细胞中突触后结构和丙封调节蛋白的直系同源物的表达表明与祖先的蛋白神经元36,42的进化联系。Amphimedon具有参与神经系统发育的双脑蛋白的同源物(例如,Elav-和Musashi样的RNA结合蛋白,神经转录因子),前和突触后组织(例如,大量椎间盘)42,内源和外源信号传导(例如,G-Protein-cotoin-couplosine sepretions(例如,gpote蛋白)(gpcrsoiss)(gpcrsoiss)(以及核),以及核心群体,以及核心群体,以及核心群体,以及核心群体的群体群体,以及核心群体(gpcrsord)(gpcrsord),以及未检测到双尾肽激素(补充注8.9)。两栖动物中明显缺少一些关键的突触基因(图3B和补充注8.9),包括离子型谷氨酸受体族群,而神经元代谢型谷氨酸,多巴胺和血清素受体则存在。Amphimedon具有ephrin受体的同源物,即轴突引导蛋白,尽管没有存在于轴突引导的Ephrin配体和发育基因(例如,Slit,Netrin,UNC-5和Robo)。Amphimedon还拥有200多个GPCR,其中包括大型谱系特异性扩展与杜鹃蛋白相关的GPCR(RH-GPCR),这些扩展很大程度上是由单个外显子基因的簇编码的,如在其他过渡者中所观察到的(补充注释8.9)。从这些观察结果中,我们推断出,后生祖先具有复杂的感觉系统,以及神经发育和神经细胞功能的许多分子需求。这表明,Exaptation对于第一个神经细胞的起源至关重要,Eumetazoan特异性基因创新提供了调节性和结构要求,可以将这些原子神经成分连接到功能性神经元中(图3B)。

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